Ergebnis des konstanten Stroms durch den Gleichstrommotor bei unterschiedlichen Lasten

Ein konstanter Strom bedeutet für einen idealen Motor ein konstantes Drehmoment. Dies gilt ungefähr für reale Motoren. Es spielt keine Rolle, was Sie am Motor anbringen oder wie schnell er sich dreht.

Was Sie zu vermissen scheinen, ist Newtons zweites Bewegungsgesetz . Sie besagt, dass Kraft das Produkt aus Masse und Beschleunigung ist:

Der Konstantstrom, den Sie dem Motor zuführen, ist eine Kraft. Das Gewicht wirkt dieser Kraft entgegen. Die Differenz ist die Nettokraft,$F$in dieser Gleichung, und$m$ist die Masse des Gewichts, plus die Masse des Rotors und der Saite und alles andere, was der Motor bewegen muss.

Sie stellen den an den Motor zu sendenden Strom so ein, dass das angelegte Drehmoment ohne Last 10 in-lbs beträgt.

Nicht möglich. Es gibt nichts, wogegen der Motor "anziehen" könnte. Dies ist das mechanische Äquivalent zu dem Versuch, 10 Volt über einen toten Kurzschluss zu entwickeln. Der Motor dreht sich schnell mit maximaler Drehzahl und die Gegen-EMK steigt auf die Antriebsspannung an, so dass Ihre Antriebselektronik nicht in der Lage ist, genügend Spannung über der Gegen-EMK zu liefern, um genügend Strom zu erzeugen, um so viel Drehmoment zu haben.

Nehmen wir einfach an, Sie bestimmen, wie viel Strom für 10 in-lbs Drehmoment erforderlich ist, und Sie treiben Ihren Motor mit einer darauf eingestellten Konstantstromversorgung an.

Was passiert, wenn das Drehmoment von Gewicht/Last 5 in-lbs beträgt?

Unter der Annahme, dass der Rotor und die Saite masselos und reibungsfrei sind, wird das Gewicht durch das Nettodrehmoment von 5 in-lbs nach oben beschleunigt (Motor 10 in-lbs, weniger 5 in-lbs vom Gewicht). Die Geschwindigkeit der Beschleunigung wird durch die Masse des Gewichts und das obige Newtonsche Gesetz bestimmt.

Wenn sich die Drehzahl des Motors ändert (das Gewicht beschleunigt), ändert sich auch die Gegen-EMK. Ihre Konstantstromversorgung des Motors muss eine zunehmende Spannung anlegen, um den gleichen Strom aufrechtzuerhalten. Die elektrische Leistung steigt also ebenso wie die mechanische Leistung.

Was passiert, wenn das Drehmoment von Gewicht/Last 10 in-lbs beträgt?

Das Motordrehmoment gleicht das Gewichtsdrehmoment aus. Egal wie schnell sich das Gewicht bewegt (wenn überhaupt), es tut dies weiterhin. Es gilt das erste Newtonsche Gesetz .

Was passiert, wenn das Drehmoment von Gewicht/Last 15 in-lbs beträgt?

Das Gewicht beschleunigt nach unten und überwältigt den Motor. Allerdings wird es kein freier Fall sein. Der Motor hebt einen Teil der Gewichtskraft auf, was zu einer langsameren Beschleunigung nach unten führt.

Wenn das Gewicht den Motor überwältigt, kann es schließlich dazu führen, dass der Motor rückwärts läuft, relativ zu der Art und Weise, wie er laufen würde, wenn es keine Last gäbe. In diesem Fall wird die Gegen-EMK jetzt zu der Spannung, die Sie an den Motor anlegen, addiert (statt subtrahiert). Irgendwann muss Ihr Controller, der versucht, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten, eine negative Spannung anlegen, um diesen Strom aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten, die Gegen-EMK reicht alleine aus, um das notwendige Drehmoment zu erzeugen: Ihre Steuerung muss sich dagegen wehren.

Dies ist vollkommen symmetrisch zum ersten Fall, in dem der Motor das Gewicht überwältigte. In diesem Fall stieg die elektrische und mechanische Leistung (ohne Grenzen, wenn Sie sie zulassen). In diesem Fall sinken elektrische und mechanische Leistung (negativ, wenn Sie sie zulassen). Energie wird konserviert, weil Sie das Gravitationspotential des Gewichts ändern.

Die Notwendigkeit, der Gegen-EMK zu widerstehen, bedeutet normalerweise, elektrische Energie in einem Kondensator oder einer Batterie zu speichern oder sie zum Erwärmen eines Widerstands zu verwenden. Wenn Sie dies nicht schnell genug tun können, erzeugt der Motor mehr Drehmoment als die gewünschten 10 in-lbs, und Sie haben die Grenzen Ihres "Konstantstrom" -Treibers erreicht.

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Unter der Annahme, dass die Kommutierungselektronik keine Probleme mit den beteiligten Spannungen hat, würde sich ein mit konstantem Strom gespeister bürstenloser Motor ähnlich wie ein Bürstenmotor verhalten und ein konstantes Drehmoment liefern. Wenn die Kombination aus Drehmoment aufgrund von Gewicht und Reibung gleich und entgegengesetzt zu dem vom Motor erzeugten Drehmoment wäre, würde sich der Motor mit konstanter Geschwindigkeit drehen. Es würde einen bestimmten Spannungsabfall aufgrund des Gleichstromwiderstands (gleich Widerstand mal Strom) plus einen zusätzlichen Spannungsabfall geben, der proportional zur Geschwindigkeit ist. Wenn das Drehmoment des Motors das Drehmoment aufgrund von Gewicht und Reibung übersteigt, würde der Motor kontinuierlich beschleunigen, bis dies nicht mehr der Fall ist; der Spannungsabfall des Motors würde dabei zunehmen. Die Geschwindigkeit würde wahrscheinlich durch die Unfähigkeit des Netzteils (oder der Elektronik) begrenzt, Strom bei höheren Spannungen zu liefern.

In dem Szenario, in dem das Motordrehmoment plus Reibung nicht ausreichen, um das Herunterfallen des Gewichts zu verhindern, würde das Gewicht nach unten beschleunigen (oder seine Aufwärtsgeschwindigkeit verringern, falls vorhanden). Wenn sich das Gewicht nach oben bewegte (aufgrund einer äußeren Kraft oder weil der Strom anfänglich höher war), fügte der Motor dem Gewicht Energie hinzu, solange es sich weiter nach oben bewegte. Zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Gewicht nach unten begann, und dem Zeitpunkt, an dem die durch seine Geschwindigkeit erzeugte Spannung gleich dem Spannungsverlust aufgrund des Widerstands war, würde der Motor "verstopft" - ein Zustand, in dem der Motor die gesamte mechanische und elektrische Energie absorbiert, die hineingeht es (wenn der Motor schneller wird, würde die Menge an mechanischer Leistung zunehmen und die elektrische Leistung würde abnehmen). Sobald die Drehzahl den Punkt erreicht, an dem die Spannung an den Motorklemmen Null wäre,