Limitando a corrente para um motor DC

Venho pesquisando e desconectando a Internet há mais de um mês e agora, e temo que minha pergunta seja tão básica que não consigo encontrar uma resposta. Ou já vi a resposta e apenas a reconheço. Tudo o que estou tentando fazer (neste momento) é alimentar um pequeno motor de corrente contínua que comprei da Radio Shack em um conversor de corrente alternada "wart". Eu tenho um botão liga / desliga. E embora eu saiba o suficiente para conectar tudo isso, não sei como ligar o motor sem queimá-lo.

O motor é o motor 9-18Vdc de alta velocidade do Radio Shack, # 2730256. O Radio Shack não fornece especificações com seus componentes, mas consegui encontrá-lo on-line: "Os 12-18V dentro do 1.98A requer. O motor foi projetado para funcionar com 1.98 AMPS MAX !!"

A primeira fonte de alimentação que experimentei foi a verruga de um laptop antigo com uma classificação de 19V 3.4A. Isso funcionou muito bem quando o motor não teve nenhuma carga aplicada. Ele puxou cerca de 0,25 amperes. No entanto, quando eu carrego uma carga, o motor estacionou mais de 4 amperes.

"Não tem problema", eu comprarei uma fonte de alimentação mais apropriada. No eBay, se encontrar uma fonte de alimentação de 18V 2A. Perfeito! Quando chegou, liguei, liguei e o motor puxou 4,5 amperes!

Então agora eu estou perdido. Minha ingênua suposição era que uma fonte de alimentação de 2 amperes não forneceria mais que 2 amperes. Isso não é verdade ou a fonte de alimentação que comprei é lixo?

Ou eu realmente preciso procurar algum tipo de circuito limitador de corrente que limite a corrente a menos de 2 amperes? Isso me permitiria devolver o suprimento que comprei e usar apenas o que eu tinha. Também protegeria o motor contra picos de corrente. Eu tentei ler sobre isso, mas quanto mais leio, mais confuso fico.

A aplicação que tenho em mente exigirá muito torque, por isso estou tentando manter o suprimento de corrente o mais próximo possível do máximo. Meu próximo passo será controlar a velocidade usando o PWM com um timer 555 ou uma placa Arduino. Mas, por enquanto, ficaria feliz em ligá-lo e deixá-lo em funcionamento por 6 horas e não queimar o motor. Como eu faço isso? Como evito que o motor dc consuma mais corrente do que o normal?

O importante é não superaquecer o motor ou qualquer uma de suas peças (enrolamentos, escovas, rolamentos, etc.)

O calor no motor vem da resistência dos tempos ao quadrado da corrente.

Se o motor estiver classificado para 1,95 amperes no máximo, você terá três opções para evitar superaquecimento:

1. Certifique-se de que a carga nunca seja tão alta que o motor pare ou sobrecarregue.
2. Certifique-se de que a tensão seja tão baixa que a corrente através dos enrolamentos nunca será maior que a nominal.
3. Use um controlador de corrente para acionar o motor que pode limitar a corrente no máximo especificado. (Normalmente, a corrente média é limitada pelo PWM.)

A razão pela qual sua "fonte de alimentação 2A" não fez o limite é que ela não foi construída com o "limite contínuo de corrente" como um recurso. Existem fontes de alimentação que possuem esse recurso, mas geralmente são mais caras, pois geralmente é mais difícil criar esse recurso do que uma fonte de alimentação ilimitada (que você pode destruir por sobrecarregá-lo) ou uma fonte de alimentação com limitação intermitente (que desliga completamente sobrecarga ou superaquecimento.)

A classificação do amplificador para uma fonte de alimentação é geralmente quantos amplificadores ela pode fornecer com segurança - NÃO é um número limite ou exato, como a classificação da tensão. O motivo é que você não "empurra" os amplificadores para uma carga; a carga "extrai" ampères com base na tensão fornecida e sua construção interna (resistência, impedância).

Minha recomendação para você é obter uma fonte de alimentação de 12V / 2A e ver quanta corrente é consumida se você parar o motor. Se <2A, ótimo! Se> 2A, reduza a tensão ainda mais, até que a corrente consumida quando parado seja aceitável.

Se isso não for suficiente, obtenha uma fonte de alimentação que permita estabelecer um limite de corrente, onde a resposta dessa fonte de alimentação é reduzir a tensão até que a corrente esteja abaixo desse limite. Você pode comprá-los como "componentes" de lugares como Jameco ou Digi-Key ou comprar uma fonte de alimentação barata de 18V / 3A da Amazon (que também vem com úteis leituras digitais).

Os motores são bastante robustos e você não precisa se preocupar com a diferença entre - por exemplo - 1,98 e 2A. No entanto, a sobrecorrente pode reduzir a vida útil de um motor de duas maneiras distintas:

1) A longo prazo, o motor pode superaquecer. Não é incomum que um motor classificado em 2A contínuo tenha uma classificação de corrente de curto prazo mais alta - talvez 4A intermitente, para máx. 10 minutos em qualquer meia hora. A chave é manter a temperatura do motor baixa - limitando a corrente a 2A ou permitindo que esfrie, ou melhorando o resfriamento, por exemplo, com um ventilador.

2) Os motores CC geralmente têm escovas - blocos de carbono ou contatos de metal esfregando contra o comutador. Estes últimos são especialmente propensos ao desgaste por meio da fusão, seja por faíscas ou simplesmente por corrente muito alta. As escovas de carvão são mais resistentes, mas também podem se desgastar e superaquecer. Em alguns motores, eles são facilmente substituíveis, o que é uma maneira de aumentar a vida útil de um motor acionado com força!

No seu caso, se você deseja uma execução contínua de 6 horas, considere o consumo atual de longo prazo.

E isso realmente significa limitar o torque no motor.

Limitar a corrente só pararia o motor quando o torque for excedido - isso pode realmente superaquecer o motor mais rapidamente se ele tiver uma ventoinha de resfriamento interna!

É melhor acelerar o motor e reduzi-lo até que ele possa fornecer o torque necessário sem corrente excessiva.

O que você precisa fazer é determinar exatamente quanto torque você precisa para acelerar o disco até a velocidade em que deseja girar e dimensionar o motor adequadamente. Esse é um problema de física bastante simples e tudo que você precisa saber é o momento de inércia da sua carga e a rapidez com que deseja acelerá-la. Para um objeto bastante simples como um disco grande, você precisará de mais torque para acelerar o processo do que para mantê-lo em movimento.

A fórmula para o torque é , onde é torque, é o momento de inércia e é a aceleração angular. O momento de inércia para um disco é o mesmo que para um cilindro, , onde é a massa do seu disco é o raio. $\tau = I*\alpha$$\tau$$I$$\alpha$$I = \frac{1}{2} m*r^2$$m$$r$

Portanto, quando você liga o motor, ele consome tanta corrente quanto possível para acelerar esse disco. Se você criar algum método para limitar a corrente a 2 amperes (o que, para um determinado motor, é equivalente a limitar o torque a um determinado valor), isso equivale a limitar a aceleração da sua carga ( ). Sua outra opção seria limitar a rapidez com que você acelera a carga, o que limitaria a quantidade de torque necessária. Isso pode ser tão simples quanto aplicar lentamente mais tensão durante um período de tempo, em vez de atingir o motor com 18 V instantaneamente. Como parece que você planeja controlar a velocidade de qualquer maneira, pode ser algo que você queira experimentar.$\alpha = \frac{\tau}{I}$

E tudo isso pressupõe, é claro, que seu motor esteja dimensionado corretamente. Recomendamos que você execute os cálculos para descobrir seu momento de inércia e, em seguida, use seu requisito de aceleração para determinar o torque necessário. É muito possível que o motor que você possui não funcione totalmente para isso (por exemplo, mesmo quando a carga está alta, é necessário mais torque para mantê-lo em movimento do que o que o seu motor pode fornecer com segurança por 6 horas por vez. )

Além disso, aqui está uma observação sobre as classificações do motor. A maioria dos fabricantes de motores classifica seus motores com base em como a temperatura interna muda em relação à temperatura ambiente e que tipo de isolamento ele usa. Portanto, para um determinado tipo de isolamento, o fabricante do motor carregará o motor de forma que os enrolamentos do motor subam (digamos) 85$^{\circ}$C acima da temperatura do ar ambiente por um longo período de tempo. O torque, corrente, velocidade, etc. na placa de identificação, os dados desse teste. Portanto, se um motor diz que está classificado para 2 Amperes, isso significa que se você o acionar a 2 amperes por longos períodos de tempo (como você está às 6 horas), deverá esperar que os enrolamentos do motor fiquem tão quentes quanto o isolamento está classificado para. Isso também significa que você pode sobrecarregar o motor por um curto período de tempo, desde que os enrolamentos do motor não fiquem mais quentes que essa temperatura. O problema para você é que você não sabe que tipo de isolamento existe no seu motor e provavelmente não possui o equipamento de teste para determinar corretamente o quanto você pode sobrecarregar o motor. Basicamente, tudo o que estou dizendo é que o consumo de 4,5 A por um curto período de tempo (digamos, 1 minuto) não é '

Por que alguém simplesmente não disse a ele para usar um resistor? É assim que os ventiladores dos sistemas de CA dos carros são limitados com segurança. Você descobre qual valor de resistência precisa para passar a quantidade de corrente em uma determinada tensão. Isso impedirá que o motor consuma mais corrente do que o resistor passaria.