Wie finde ich den Spannungsbereich für einen unbekannten Gleichstrommotor?

Es geht hauptsächlich darum, wie viel Leistung der Motor sicher abgeben kann, ohne zu heiß zu werden. Ein sekundäres Problem ist, dass Sie nicht möchten, dass der Motor überdreht, aber normalerweise ist es ziemlich offensichtlich, wenn es so weit kommt.

Ihre Messungen geben uns eine Vorstellung, aber es wäre zusätzlich hilfreich, die physische Größe dieses Motors zu kennen. Dies ermöglicht eine erste Schätzung, wie viele Watt es abführen kann.

Bei 570 U/min (9,5 Hz) erhalten Sie 16 V heraus. Die meisten Motoren können mindestens 3600 U/min (60 Hz) leisten, also mal sehen, wie das funktioniert. Bei dieser Geschwindigkeit würde die Gegen-EMK gemäß Ihren Messungen 101 V betragen. Wenn Sie der Meinung sind, dass es mit gleichgerichtetem 120-V-Wechselstrom betrieben werden soll, sehen wir uns an, was 170 V bewirken, da dies das Ergebnis ist, wenn nach dem Gleichrichter ein Kondensator vorhanden ist. 170 V - 101 V = 69 V übrig, um den Motor mit 3600 U/min anzutreiben. Das würde 95 W an den Motor liefern, was viel ist, es sei denn, er hat einen Durchmesser von mindestens 6 Zoll.

Betrachten wir es anders. Damit die Gegen-EMK 170 V beträgt, wären 6000 U / min (100 Hz) erforderlich. Das wäre die absolute Höchstgeschwindigkeit. Ist das plausibel? Das ist für einen Gleichstrommotor nicht aus der Reihe, nichts anderes darüber zu wissen. Natürlich würde es nie wirklich so schnell werden, weil es keine EMF mehr geben würde, um es tatsächlich anzutreiben, und kein Drehmoment mehr, um irgendetwas anderes anzutreiben.

Bei 5000 U / min hätten Sie eine 140-V-Gegen-EMK mit 30 V übrig, um den Motor mit 170 V in anzutreiben, was 18 W erfordern würde. Das könnte durchaus plausibel sein, wenn der Motor mindestens faustgroß ist.

Ein einfaches Modell für einen Gleichstrommotor ist$V= R*i + e$, wo$V$ist die Klemmenspannung,$R$ist der Motorwiderstand, und$e$ist die Gegen-EMK-Spannung.

R kann gemessen werden, wie ich oben in einem Kommentar gesagt habe und den ich hier wiederholen werde. Der Widerstand kann bei einem Gleichstrommotor aufgrund des Bürstenkontakts variieren. Der beste Weg, den Widerstand zu messen, besteht darin, mehrere Messungen durchzuführen und zu mitteln. Wenn möglich, blockieren Sie den Rotor und legen Sie dann einen kleinen Strom an die Klemmen an. Messen Sie Spannung und Strom und berechnen Sie R = V/I. Normalerweise wird dieser Test bei ~25 % Nennstrom durchgeführt. Wiederholen Sie mehrmals und durchschnittlich. Es gibt auch einen dynamischen Test, der noch bessere Ergebnisse liefern kann - machen Sie dasselbe wie ich gerade gesagt habe, aber anstatt den Rotor zu blockieren, treiben Sie den Motor zurück. 50 U/min wären eine ausreichende Drehzahl, um den Rotor rückwärts anzutreiben.

$e$daraus bestimmt werden können$e = K_b* \omega$, wo$K_b$ist die Gegen-EMK-Konstante (Einheiten von V/(rad/sec) oder V/RPM) und$\omega$ist die Geschwindigkeit in den gleichen Einheiten wie$K_b$.

Sie haben bereits gefunden$K_b$. Es ist nur$\frac{16 V}{570 RPM} = 28.07 \frac{V}{kRPM} = 0.268 \frac{V}{rad/sec}$. Wie bereits erwähnt, entspricht die Drehmomentkonstante eines Motors der Gegen-EMK-Konstante$K_t = 0.268 \frac{Nm}{A}$.

Bei blockiertem Rotor wissen Sie das$V = R*i$da$e=0$. Wenn Sie für lösen$i = \frac{V}{R}$, können Sie den Strom finden, wenn der Rotor bei verschiedenen Spannungen blockiert ist. Und von diesem Strom,$i$, können Sie für das Drehmoment des blockierten Rotors bei verschiedenen Spannungen auflösen:$T_{lr} = K_t*i = K_t*\frac{V}{R}$.

Sie können auch die maximale Drehzahl des Motors bei verschiedenen Spannungen ermitteln$V= R*i + e$. Wenn Sie davon ausgehen$i=0$wenn es keine Last gibt, wird diese Gleichung$V=e$, was wird$V= K_b* \omega$, was wird$\omega = \frac{V}{K_b}$.

Sobald Sie das Stillstandsdrehmoment bei unterschiedlichen Spannungen und die maximale Drehzahl bei unterschiedlichen Spannungen haben, können Sie sie in einem Diagramm mit Drehzahl auf einer Achse und Drehmoment auf der anderen Achse darstellen. Verbinden Sie die Leitungen und Sie haben verschiedene Drehzahl-Drehmoment-Kurven bei unterschiedlichen Spannungen.

Es gibt viele Annahmen in dem, was ich oben geschrieben habe. Die 2 Hauptannahmen, die Sie beachten sollten, sind 1) dass der Motor relativ kühl bleibt (so dass sich der Widerstand nicht ändert) und 2) dass der Leerlaufstrom Null ist (in Wirklichkeit wird er es nicht sein).

Je nachdem, wie wichtig es ist, dass der Motor nach dem Testen funktioniert, und welche Ausrüstung Sie haben, können Sie die Spannung langsam erhöhen und dabei Temperatur, Drehzahl und Strom im Auge behalten. Sie können auch eine Art mechanische Last einbeziehen und das Drehmoment messen, wie mit einem Dynamometer. Der Punkt, mit dem Sie sich wohl fühlen, liegt bei Ihnen.

Was die Formeln betrifft, hängt es stark von der Geometrie und der Innenwicklung des Motors ab. Es ist im Grunde eine Reihe von Elektromagneten, die mit einer Reihe von Permanentmagneten interagieren und zu den entsprechenden Zeiten mechanisch umgeschaltet werden, um sie in der gleichen Richtung laufen zu lassen. Für eine bestimmte Stärke können Sie einen Hochstrom-Niederspannungs-Elektromagneten oder einen Niederstrom-Hochspannungs-Elektromagneten herstellen. Und das ist nur einer von vielen Parametern. Ich denke, Sie sind besser dran, das Datenblatt zu finden oder Ihre eigenen Experimente durchzuführen.

Unter der Annahme, dass es sich um einen Permanentmagnet-Gleichstrommotor handelt (und nicht um einen Synchron-, Induktions- oder „Universal“-Motor), zeigt Ihr Generatortest an, dass die Kv (Geschwindigkeitskonstante) 3,73 rad/s/V oder 36 U/min/Volt beträgt. Daher sollte es bei 120 V ungefähr 4300 U / min tun.

Bei einem PMDC-Motor ist Kt (Drehmomentkonstante) der Kehrwert von Kv. 1/3,73 = 0,268 Nm/A oder 38 oz-in/A.

Bei einem Widerstand von 50 Ω wäre der Blockierstrom 120/50 = 2,4 A, also sollte das Blockierdrehmoment etwa 0,268 * 2,4 = 0,643 Nm oder 91 oz-in betragen. Das ist viel für einen "kleinen" Motor, daher vermute ich, dass eine Ihrer Messungen um den Faktor 10 außerhalb liegt. Sind Sie sicher, dass es 50 Ω und nicht 500 Ω waren?

Hier ist ein typischer kleiner Permanentmagnetmotor, der für 120 VDC ausgelegt ist: -

DS-5512-120-6000

Rated voltage:   120VDC
No load speed:   6000±10% rpm
No load current: ≤60mA
Rated speed:     4800±10% rpm
Rated current:   ≤100mA
Rated torque:    120g.cm
Output power:    5.9W
Stall current:   ≥260mA
Stall torque:    ≥600g.cm
Weight:          200g