มอเตอร์ในปัจจุบันและในปัจจุบันคืออะไร

แผงลอยและกระแสไฟฟ้าอิสระของมอเตอร์ไฟฟ้าคืออะไร? ตัวอย่างเช่นมอเตอร์ Vex นี้แสดงรายการแผงลอยและกระแสอิสระที่ด้านล่างของหน้า

ฉันคิดว่าฉันเข้าใจความคิดทั่วไป แต่คำอธิบายโดยละเอียดจะมีประโยชน์

คำตอบสั้น ๆ

• กระแส Stallเป็นกระแสสูงสุดที่ดึงได้¹เมื่อมอเตอร์ใช้แรงบิดสูงสุดเนื่องจากมอเตอร์ถูกป้องกันไม่ให้เคลื่อนที่อย่างสิ้นเชิงหรือเนื่องจากไม่สามารถเร่งความเร็วได้อีกเมื่อโหลดอยู่ภายใต้

• กระแสฟรีคือกระแสที่ดึงออกมาเมื่อมอเตอร์หมุนได้อย่างอิสระที่ความเร็วสูงสุดภายใต้แรงกระทำ²นอกเหนือจากแรงเสียดทานและแรงเคลื่อนกลับของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในมอเตอร์

^{1: ภายใต้สภาวะปกติเช่นมอเตอร์ไม่ได้ถูกขอให้ไปจากความเร็วสูงสุดในทิศทางเดียวกับความเร็วสูงสุดในอื่น ๆ
2: นี้อนุมานมอเตอร์ไม่ได้ถูกผลักดันโดยกองกำลังภายนอก}

คำตอบที่ยาว

แผงลอยปัจจุบัน

จากหน้า Wikipedia บนStall Torque :

Stall torqueคือแรงบิดที่ผลิตโดยอุปกรณ์เมื่อความเร็วรอบการหมุนเอาต์พุตเป็นศูนย์ นอกจากนี้ยังอาจหมายถึงแรงบิดที่เป็นสาเหตุของการส่งออกที่ความเร็วในการหมุนของอุปกรณ์ที่จะกลายเป็นศูนย์ - คือสาเหตุถ่วง Stalling เป็นเงื่อนไขเมื่อมอเตอร์หยุดหมุน เงื่อนไขนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงบิดโหลดมีค่ามากกว่าแรงบิดเพลามอเตอร์นั่นคือสภาวะการบิดตัวลง ในสภาพเช่นนี้มอเตอร์จะดึงกระแสสูงสุด แต่มอเตอร์จะไม่หมุนกระแสเรียกว่าเป็น Stalling current

...

มอเตอร์ไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้ายังคงให้แรงบิดเมื่อหยุดทำงาน อย่างไรก็ตามมอเตอร์ไฟฟ้าที่อยู่ในสภาพจนตรอกมีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปและเกิดความเสียหายได้เนื่องจากกระแสไฟฟ้าไหลสูงสุดภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้

สูงสุดแรงบิดมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถผลิตในระยะยาวเมื่อจนตรอกโดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายที่เรียกว่าสูงสุดแรงบิดคอกอย่างต่อเนื่อง

ดังนั้นจากสเปคของมอเตอร์นี้

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

เราจะเห็นได้ว่าหากต้องการแรงบิดมากกว่า 8.6 ในหน่วยปอนด์มอเตอร์จะหยุดการเคลื่อนที่ (หรือเร่งถ้าทำงานกับแรงเสียดทาน) และจะดึงกระแสไฟฟ้าสูงสุด 2.6A

แม้ว่าจะไม่ได้บอกว่าเป็นมอเตอร์ชนิดใด แต่ฉันคาดว่ามันจะเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า Brushed DCเนื่องจากเป็นสายเชื่อมต่อสองเส้น

ในฐานะที่เป็นสปินมอเตอร์ DC ที่ไม่มีการโหลดจะสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบไหลย้อนหลังที่ต่อต้านกระแสไฟฟ้าที่ถูกนำไปใช้กับมอเตอร์ กระแสผ่านมอเตอร์จะลดลงเมื่อความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้นและมอเตอร์ที่หมุนฟรีจะมีกระแสไฟฟ้าน้อยมาก เฉพาะเมื่อโหลดถูกนำไปใช้กับมอเตอร์ที่ทำให้โรเตอร์ช้าลงซึ่งกระแสที่ไหลผ่านมอเตอร์จะเพิ่มขึ้น

จากแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เคาน์เตอร์วิกิพีเดียหน้านี้:

ในการควบคุมมอเตอร์และหุ่นยนต์คำว่า "Back-EMF" มักจะหมายถึงการใช้แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยมอเตอร์หมุนเพื่อสรุปความเร็วของการหมุนของมอเตอร์

อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าDrFriedParts อธิบายว่านี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของเรื่องราว สูงสุดอย่างต่อเนื่องแรงบิดคอกอาจจะต่ำกว่าแรงบิดสูงสุดและทำให้ปัจจุบัน ตัวอย่างเช่นหากคุณเปลี่ยนจากแรงบิดเต็มในทิศทางเดียวเป็นแรงบิดเต็มในอีกทิศทางหนึ่ง ในกรณีนี้กระแสที่วาดอาจเป็นสองเท่าของกระแสต่อเนื่อง ทำสิ่งนี้บ่อยครั้งมากเกินพอรอบการทำงานของมอเตอร์และคุณสามารถทำให้มอเตอร์ของคุณไหม้ได้

ฟรีในปัจจุบัน

อีกครั้งดูที่สเปค:

Free Speed:     100 rpm
Free Current:   0.18 A

ดังนั้นเมื่อทำงานอย่างอิสระโดยไม่มีการโหลดมันจะเร่งความเร็วสูงถึง 100 รอบต่อนาทีอย่างรวดเร็วซึ่งจะวาดเพียง 180 mA เพื่อรักษาความเร็วนั้นให้แรงเสียดทานและแรงเคลื่อนกลับได้

อย่างไรก็ตามอีกครั้งดังที่DrFriedParts อธิบายว่านี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของเรื่องราว หากมอเตอร์ถูกขับเคลื่อนด้วยแรงภายนอก (โหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพ -ve) และทำให้มอเตอร์เปลี่ยนเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าที่ถูกดึงออกอาจถูกยกเลิกโดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากแรงภายนอก

กระแสของแผงลอยคือมอเตอร์จะวาดเมื่อติดขัดคือหยุดทำงาน กระแสฟรีคือจำนวนกระแสไฟฟ้าเมื่อมอเตอร์ไม่มีโหลดเช่นหมุนฟรี อย่างที่คุณคาดหวังยิ่งเครียดกับมอเตอร์มากเท่าไหร่กระแสก็จะยิ่งเคลื่อนไปตาม ปัจจุบันและฟรีแผงลอยเป็นสูงสุดและต่ำสุดตามลำดับ

จากจุดเริ่มต้นมอเตอร์จะดึงที่ใดที่หนึ่งใกล้กับแผงขายกระแสไฟฟ้าในตอนแรกจากนั้นปล่อยลงไปที่กระแสที่ต้องการเพื่อรักษาความเร็วใด ๆ ก็ตามที่ทำงานอยู่

@Ianและ @ Markเสนอที่น่ากลัว (และถูกต้อง) คำตอบ ฉันจะเพิ่มหนึ่งจุดพิเศษเพื่อความสมบูรณ์ ...

ดูเหมือนว่ามีแนวโน้มในหมู่นักออกแบบที่มีประสบการณ์น้อยกว่าที่จะสมมติว่าแผงกระแสไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าอิสระนั้นเท่ากับกระแสสูงสุดและต่ำสุดที่มอเตอร์อาจพบ

พวกเขาทำไม่ได้

พวกเขาคือ ชื่อที่มีประสิทธิภาพค่า คุณสามารถเกินขีด จำกัด เหล่านี้ได้ในกรณีทั่วไปหากคุณไม่ระวัง

เกินขั้นต่ำ

ตามที่ @Ian และ @Mark ได้ระบุไว้ มอเตอร์สามารถเปลี่ยนเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (google "regenerative braking") เมื่อแหล่งภายนอกหรือเหตุการณ์ทำให้มอเตอร์เคลื่อนที่เร็วกว่ากระแส / แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่นเอียนกำลังลงเขาหรือมือคนหนึ่งหมุนมอเตอร์

กระแสในสถานการณ์เหล่านี้ไม่เพียง แต่จะน้อยกว่ากระแสฟรี แต่จริง ๆ แล้วไปทางลบ (ไปในทิศทางตรงกันข้าม - ทำหน้าที่เหมือนแหล่งที่มามากกว่าโหลด)

หากคุณคิดว่ามันมาจากมุมมองของการทำงาน (พลังงาน) บอกว่าคุณกำลังดันกล่องใส่เสื้อผ้าที่โถงทางเดิน มันไม่ได้ใช้ความพยายามมากนักในการทำเช่นนั้น แต่ถ้าเพื่อนของคุณเริ่มที่จะผลักดันคุณไป นั่นคือกรณีของมอเตอร์ที่จะลงเกรดเล็กน้อย

เกินขีดสูงสุด

ผลลัพธ์รองของฟังก์ชั่นการสร้างของมอเตอร์คือเมื่อมันได้รับโมเมนตัมแล้วมันก็ยังคงแปลงพลังงานนั้นไปเป็นแรงไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) เมื่อยังไม่ได้ใช้พลังงานอีกต่อไป

กรณีที่น่าสนใจคือเมื่อคุณกลับทิศทาง หากคุณหมุนมอเตอร์ไปข้างหน้าจากนั้นสลับทิศทางทันทีแรงดันไฟฟ้าในขดลวดมอเตอร์จะช้าลงประมาณสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าก่อนหน้าเนื่องจากมอเตอร์ด้านหลัง EMF อยู่ในแนวเดียวกับแหล่งจ่าย ผลดังกล่าวเป็นไปตามกฎหมายของโอห์มซึ่งเกินความคาดหมายในปัจจุบัน

วิธีการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ

ด้วยเหตุผลเหล่านี้วงจรควบคุมมอเตอร์แบบสองทิศทางที่ใช้งานได้จริงจึงรวมถึงไดโอด "ฟรีวีลลิ่ง" (D1-D4) ในรูปเพื่อให้เส้นทางกลับสำหรับกระแสที่เกี่ยวข้องกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลัง - แรงดันไดโอดไปข้างหน้า หากคุณกำลังสร้างการควบคุมมอเตอร์ของคุณเองคุณควรรวมไว้ด้วย

ทุกคำตอบที่ดีมาก แต่ในฐานะครูสอนฟิสิกส์ฉันกังวลเกี่ยวกับความไม่เท่าเทียมที่ไม่ถูกต้องที่นี่เท่านั้นที่สามารถนำไปสู่ความสับสน

รูปแบบหนึ่งของ [พลังงาน] [1] เช่น [พลังงานศักย์เคมี] [2] สามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ (เช่น [พลังงานศักย์ไฟฟ้า] [3], [พลังงานจลน์] [4], [พลังงานเสียง ] [5], [พลังงานความร้อน] [6]) ในระบบ [SI] [7] ซึ่งง่ายที่สุดในการเข้าใจและเชื่อมโยงกันมากที่สุดพลังงานคือปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพที่วัดได้ใน [จูล] [8] [แรงดันไฟฟ้า] [9] นั้นไม่เหมือนกับพลังงาน วัดแรงดันเป็น [โวลต์] [10] หนึ่งโวลต์ถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งจูลต่อ [คูลอมบ์] [11] ดังนั้นพลังงาน (วัดเป็นจูล) ไม่สามารถแปลงเป็นโวลต์ได้ (วัดเป็นจูลต่อคูลอมบ์)

[แรงเคลื่อนไฟฟ้า] [12] (EMFs) ในระบบไฟฟ้าใด ๆ (ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นเพียงตัวอย่างเดียว) วัดเป็นโวลต์ [กระแสไฟฟ้า] [13] วัดได้ใน [แอมแปร์] [14] [ประจุไฟฟ้า] [15] วัดเป็นคูลอมบ์ หนึ่งคูลอมบ์คือหนึ่งแอมแปร์วินาทีนั่นคือประจุที่ไหลผ่านจุดหนึ่งในกระแสไฟฟ้าหนึ่งแอมป์เป็นเวลาหนึ่งวินาที

สิ่งที่เราจำเป็นต้องรู้สำหรับระบบไฟฟ้าใด ๆ คือ [ความต้านทานทางไฟฟ้า] [16] ของส่วนไฟฟ้าของระบบและ [ความเฉื่อย] [17] หรือ [โมเมนต์ความเฉื่อย] [18] ของส่วนกลไกของระบบ . เราต้องทราบแรงบิดภายนอก [สุทธิ] [19] ในการขับเคลื่อนระบบที่สมบูรณ์ได้ทุกเมื่อ (เมื่อไม่มีแรงบิดต่อ se (เพราะไม่มี [ช่วงเวลา] [20]) ดังนั้นเราจำเป็นต้องรู้เพียงแค่แรงภายนอก [แรง] [21] ที่กระทำผ่าน [ศูนย์กลางของมวล] [22])

ความต้านทานไฟฟ้า Z ของระบบไฟฟ้าใด ๆ คือสแควร์รูทของสแควร์ของระบบ [ปฏิกิริยาทางไฟฟ้า] [23], X รวมทั้งกำลังสองของระบบ [ความต้านทานไฟฟ้า] [24], อาร์ ปฏิกิริยาทางไฟฟ้าของระบบคือความแตกต่างระหว่าง [ปฏิกิริยาอุปนัย] [25], X (L) และ [ปฏิกิริยาแบบ capacitive] [26], X (C) โดยที่ X = X (L) - X (C)

(ตอนแรกฉันพยายาม Wikilink แนวคิดหลัก ๆ ยี่สิบหกข้อในคำตอบของฉัน แต่ระบบแจ้งว่าฉันไม่ได้รับอนุญาตให้รวมลิงก์มากกว่าสองลิงก์จนกว่าฉันจะมีอย่างน้อยสิบคะแนน)