O que é corrente de estol e corrente livre de motores?


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Quais são as paradas e as correntes livres de um motor elétrico? Por exemplo, este motor Vex lista sua parada e correntes livres na parte inferior da página.

Acho que entendi a idéia geral, mas uma descrição detalhada seria útil.

Respostas:


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Resposta curta

  • A corrente de parada é a corrente máxima consumida 1 , quando o motor está aplicando seu torque máximo, seja porque está sendo impedido de se mover completamente ou porque não pode mais acelerar devido à carga em que está sofrendo.

  • Corrente livre é a corrente consumida quando o motor está girando livremente na velocidade máxima, sob nenhuma carga 2 além de forças de atrito e contra-fem no próprio motor.

1: Em condições normais, ou seja, o motor não está sendo solicitado, passe da velocidade máxima em uma direção para a velocidade máxima na outra .
2: Isso pressupõe que o motor não está sendo acionado por forças externas .

Resposta longa

Corrente

Na página da Wikipedia no torque de parada :

Torque de imobilização é o torque produzido por um dispositivo quando a velocidade de rotação de saída é zero. Também pode significar a carga de torque que faz com que a velocidade de rotação de saída de um dispositivo se torne zero - ou seja, cause parada . Parar é uma condição quando o motor para de girar. Essa condição ocorre quando o torque da carga é maior que o torque do eixo do motor, ou seja, a condição do torque de ruptura. Nesta condição, o motor consome corrente máxima, mas o motor não gira. A corrente é denominada corrente de reserva.

...

Motores elétricos

Motores elétricos continuam a fornecer torque quando parados. No entanto, os motores elétricos deixados em uma condição parada são propensos a superaquecimento e possíveis danos, uma vez que o fluxo de corrente é máximo nessas condições.

O torque máximo que um motor elétrico pode produzir a longo prazo quando parado sem causar danos é chamado de torque contínuo máximo .

Assim, a partir da especificação deste motor

Stall Torque:  8.6 in-lbs
Stall Current: 2.6 A

podemos ver que, se for necessário que o motor aplique mais de 8,6 pol-lbs de torque, o motor parará de se mover (ou acelerará se estiver trabalhando contra o atrito) e consumirá o máximo de 2,6 A de corrente.

Embora não diga que tipo de motor é, eu esperaria que fosse um motor elétrico Brushed DC, dada a sua interface de dois fios.

Quando um motor DC descarregado gira, ele gera uma força eletromotriz de fluxo reverso que resiste à corrente aplicada ao motor. A corrente através do motor cai à medida que a velocidade de rotação aumenta e um motor de rotação livre tem muito pouca corrente. Somente quando uma carga é aplicada ao motor que diminui a velocidade do rotor é que a corrente consumida pelo motor aumenta.

Na página wikipedia da Força contra eletromotriz :

No controle motor e na robótica , o termo "Back-EMF" geralmente se refere ao uso da tensão gerada por um motor giratório para inferir a velocidade de rotação do motor.

Observe, no entanto, como DrFriedParts explica , isso é apenas parte da história. O torque máximo contínuo de estol pode ser muito menor que o torque máximo e, portanto, atual. Por exemplo, se você alternar do torque total em uma direção para o torque total na outra. Nesse caso, a corrente consumida pode ser o dobro da corrente contínua de interrupção. Faça isso com bastante frequência, excedendo o ciclo de trabalho do motor e você poderá queimar o motor.

Corrente livre

Mais uma vez, analisando a especificação:

Free Speed:     100 rpm
Free Current:   0.18 A

Portanto, ao rodar livremente, sem carga, ele acelera rapidamente até 100 rpm, onde extrai apenas 180 mA para manter essa velocidade, devido ao atrito e à contrapressão.

Mais uma vez, no entanto, como explica a DrFriedParts , isso também é apenas parte da história. Se o motor estiver sendo acionado por uma força externa (efetivamente uma carga de -ve) e, assim, o motor for transformado em um gerador, a corrente consumida poderá ser cancelada pela corrente gerada pela força externa.


Eu gostaria de poder selecionar duas respostas, já que o Ian fornece uma resposta concisa com exatamente as informações necessárias, enquanto o seu fornece informações estendidas e descreve um exemplo para o motor mencionado na pergunta. No final, estou apenas escolhendo o Ian, porque será o que a maioria dos futuros espectadores desejará ver primeiro quando chegar a essa pergunta. +1 com certeza.
golmschenk 3/12/12

Ok, a atualização agora torna essa a resposta mais completa e útil.
golmschenk

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A corrente de parada é o quanto o motor consumirá quando estiver preso, ou seja, parado . Corrente livre é a quantidade de corrente que ele extrai quando o motor não tem carga, ou seja, livre para girar . Como seria de esperar, quanto mais pressão sobre o motor, mais corrente ele consumirá para se mover; a corrente de estol e a corrente livre são as máximas e mínimas, respectivamente.

Desde o início, o motor puxa para algum lugar próximo à corrente de estol e depois cai para a corrente necessária para manter a velocidade em que estiver operando.


Então é aqui que eu precisava do maior esclarecimento. Você disse que a corrente de estol e a corrente livre são mínimas e máximas. Portanto, a corrente livre é a corrente mínima que o motor consumirá durante a operação?
golmschenk 02/12/12

2
@golmschenk: Corrente livre é a corrente mínima que o motor consumirá.
Manishearth 02/12/12

2
Sim ... é tecnicamente possível que o motor puxe menos se você estiver descendo uma ladeira ou algo assim, mas @Manishearth o acertou em cheio.
31412 Ian

Desculpe, mas depois que Mark atualizou sua resposta, agora é a resposta mais completa e útil para futuros espectadores da pergunta. Assim, mudei a resposta aceita.
golmschenk

Não se preocupe. Concentrei-me mais no motor por si só e fico feliz em ver respostas que adotam uma abordagem mais centrada no sistema para a pergunta.
Ian

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@Ian e @ Marcos oferecer respostas impressionantes (e correto). Vou acrescentar um ponto extra para completar ...

Parece haver uma tendência entre os projetistas menos experientes de assumir que a corrente de estol e a corrente livre são iguais às correntes máxima e mínima que o motor pode encontrar.

Eles não.

Eles são os valores nominais efetivos . Você pode exceder esses limites em circunstâncias relativamente comuns se não tomar cuidado.

Exceder o mínimo

Como @Ian e @Mark observaram. O motor pode se transformar em um gerador (google "frenagem regenerativa") quando uma fonte ou evento externo faz com que o motor se mova mais rápido que a corrente / tensão aplicada. Por exemplo, Ian está descendo uma colina ou alguém dá a partida no motor.

A corrente nessas situações pode não apenas ser menor que a corrente livre, mas também ficar negativa (vá na direção oposta - age como uma fonte e não como uma carga).

Se você pensar nisso da perspectiva do trabalho (energia), diga que está empurrando uma caixa de roupas por um corredor. Não é preciso muito esforço para fazer isso, mas se o seu amigo começar a insistir com você, o esforço que você está gastando será diminuído. É o caso de um motor que desce um pouco.

Exceder o máximo

Uma conseqüência secundária da função de geração do motor é que, uma vez que adquire impulso, ele continua a converter essa energia em força eletro-motriz (tensão) quando a energia não é mais aplicada.

O caso interessante é quando você está invertendo as direções. Se você girar o motor para frente e mudar imediatamente de direção, a tensão na bobina do motor é momentaneamente cerca do dobro da tensão de alimentação anterior, já que o EMF traseiro do motor está agora em série com a alimentação. Isso resulta, como esperado da lei de Ohm, em corrente que excede a corrente de estol.

Solução prática

Por esses motivos, os circuitos de controle bidirecional práticos do motor incluem diodos de "roda livre" (D1-D4) na figura para fornecer um caminho de retorno para as correntes relacionadas à contrapressão e, assim, prender a tensão nos trilhos de alimentação + / - a tensão do diodo direto. Se você estiver construindo seu próprio controle motor, inclua-o também.

insira a descrição da imagem aqui


1
Ótima resposta, atualizei minha resposta com algumas notas extras e uma referência à sua para obter mais informações. Se eu tiver tempo, procurarei minhas anotações sobre as correntes que você pode obter no motor ao curtar as fases para uma quebra de emergência. Não me lembro o suficiente disso para escrevê-lo de forma sensata no momento e a maior parte da minha experiência foi com motores DC sem escova e não com escova.
Mark Booth

4

Todas as respostas são muito boas, mas como professor de física estou preocupado com algumas equivalências incorretas aqui que só podem levar à confusão.

Uma forma de [energia] [1], por exemplo, [energia potencial química] [2], pode ser convertida em outras formas de energia (por exemplo, [energia potencial elétrica] [3], [energia cinética] [4], [energia sonora ] [5], [energia térmica] [6]). No [sistema SI] [7], que é de longe o mais fácil de entender e mais coerente, a energia é uma quantidade física escalar que é medida em [joules] [8]. [Tensão] [9] não é o mesmo que energia. A tensão é medida em [volts] [10]. Um volt é definido como um joule por [coulomb] [11]. Portanto, a energia (medida em joules) nunca pode ser convertida em volts (medida em joules por coulomb).

As [forças eletromotriz] [12] (CEM) em qualquer sistema eletromecânico (do qual o motor elétrico é apenas um exemplo) são medidas em volts. As [correntes elétricas] [13] são medidas em [amperes] [14]. [Carga elétrica] [15] é medido em coulombs. Um coulomb é um ampère segundo, isto é, a carga que flui além de um ponto em uma corrente de um ampère por um segundo.

O que é preciso saber para qualquer sistema eletromecânico é a [impedância elétrica] [16] da parte elétrica do sistema e a [inércia] [17] ou [momento de inércia] [18] da parte mecânica do sistema . Também é necessário conhecer o [torque] líquido externo [19] que aciona o sistema completo a qualquer momento. (Quando não há torque per se (porque não há [momento] [20])), é necessário conhecer apenas a [força] líquida externa [21] que atua através do [centro de massa] [22]).

A qualquer momento, a impedância elétrica, Z, de qualquer sistema elétrico é a raiz quadrada do quadrado da [reatância elétrica] do sistema [23], X, mais o quadrado da [resistência elétrica] do sistema [24], R. A reatância elétrica do sistema é a diferença entre [reatância indutiva] [25], X (L) e [reatância capacitiva] [26], X (C), em que X = X (L) - X (C)

(NB, inicialmente, tentei pesquisar no Wikilink cada um dos 26 conceitos-chave em minha resposta, mas o sistema me informou que não posso incluir mais de dois links até ter pelo menos dez pontos.)


Aqui está! Você pode adicionar seus links agora! PS: Eu não sou físico, mas posso seguir sua resposta. No entanto, não entendi como os termos que você introduziu no último parágrafo se relacionam com "corrente paralisada" e "corrente livre", que é a questão. Seria útil se você expandisse um pouco isso.
Shahbaz

Bem-vindo à robótica Richard. Obrigado por seus esclarecimentos. Como Shahbaz sugere, agora você deve editar sua resposta para adicionar os links novamente e, se pudesse adicionar uma introdução básica à relutância / reatância para ajudar a explicar seu último parágrafo, isso tornaria sua resposta ainda mais útil.
Mark Booth
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