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

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.

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.

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.

@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.

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.)