У нас есть двигатели постоянного тока, которые приводят в движение колеса автомобиля. Из-за внутреннего трения двигатели фактически не будут вращаться, пока им не будет передана мощность 50%+.
Тем не менее, в пределах этого диапазона 0-50% они издают несколько аккуратных шумов, которыми мы хотели бы воспользоваться для эффекта.
Не повредит ли работа этих двигателей ниже тока останова (таким образом, производя звуки) двигатели?
В моем ответе предполагается, что вы используете двигатель постоянного тока с постоянными магнитами (т.е. постоянные магниты образуют статор, якорь намотан медным проводом в многополюсной схеме, а ток передается на катушки якоря через щетки). Мой ответ будет аналогичен для бесщеточного двигателя постоянного тока.
Как указывали другие, опасность при работе двигателя с высоким током заключается в выделении тепла сопротивлением катушек якоря. Это старый добрый I-квадрат-R, измеряемый в ваттах. Это выделение тепла вызывает повышение температуры катушек якоря и стальной конструкции якоря. Часть тепла передается статору и корпусу двигателя, но эффективной передаче мешает собственный воздушный зазор, отделяющий внешнюю поверхность якоря от внутренней поверхности статора. Эта характеристика двигателя работает, чтобы удерживать тепло I2R в якоре и вызывать его повышение температуры значительно быстрее, чем температура статора или корпуса. Так,
В конце концов, эти высокие температуры разрушат эмалевую изоляцию медного магнитного провода в якоре, вызывая межвитковые короткие замыкания. Эти короткие замыкания, в свою очередь, предотвращают протекание тока в секциях катушек якоря, что, в свою очередь, уменьшает магнитное поле, создаваемое якорем, что, в свою очередь, снижает крутящий момент, создаваемый двигателем. Симптом, который вы рано или поздно заметите, заключается в том, что двигатель имеет тенденцию становиться слабее с использованием или «старением». Все больше и больше катушек якоря закорачиваются, постепенно ослабляя двигатель с каждым новым случаем.
Другая известная болезнь продолжительного перегрева заключается в том, что припой, используемый для соединения различных катушек якоря с коммутатором, плавится и отлетает от паяных соединений под действием центробежной силы вращающегося якоря. Именно по этой причине припой, используемый для этой задачи, обычно является высокотемпературным. Однако всему есть предел! В конце концов, двигатель потеряет соединение с одним полюсом, затем с другим и т. д. Симптомом является то, что двигатель глохнет на малых скоростях или вообще не запускается при определенных положениях вала. Это связано с тем, что в этих положениях двигатель не имеет крутящего момента, поскольку цепь якоря разомкнута. Немного поверните вал, и двигатель запустится и будет иметь достаточную инерцию, чтобы «переехать» мертвую зону в якоре, если нагрузка на вал не слишком велика.
Еще одним признаком продолжительного перегрева является то, что вал якоря или сам якорь деформируется от высоких температур и связывается со статором. «Заедание» может быть только частичным, и в процессе якорь будет тереться о статор, изнашивая металл на обеих поверхностях. Или же деформация станет достаточно сильной, достаточно быстрой, чтобы две поверхности просто сжались вместе, возможно, в процессе образовался «сварной шов». Симптом искривленной арматуры обычно сопровождается определенным шумом — может быть, это действительно крутые шумы, которые вы пытаетесь использовать в своем проекте!
Существуют различные тесты, которые можно выполнить для оценки количества тепла, создаваемого в якоре, чтобы определить, насколько вероятно, что двигатель поддастся одной из трех болезней, описанных выше. Однако все они довольно сложны, требуют разборки и сборки двигателя, а также модификации арматуры.
Возможно, лучший способ проверить в такой ситуации, как ваша, - это создать «динамический тормоз», который будет нагружать ваш двигатель до уровней крутящего момента и тока, которые вы собираетесь использовать в приложении. Сделайте динамический тормоз из другого двигателя с постоянными магнитами, желательно большего размера. Плотно соедините два вала вместе и жестко закрепите двигатели. Затем подключите резистор высокой мощности к большим проводам питания двигателя с динамическим тормозом (не питайте этот двигатель с динамическим тормозом от источника питания, просто подключите резистор к его проводам). Затем запустите свой тестовый двигатель от того же напряжения, которое вы используете в приложении, и контролируйте его ток с помощью амперметра с низким сопротивлением. Теперь отрегулируйте нагрузочный резистор, подключенный к двигателю с динамическим тормозом, пока не получите тот же ток, который вы ожидаете в своем приложении («50% +», как вы указали в своем вопросе). Нагрузочный резистор должен быть типа высокой мощности, потому что он будет выделять довольно много тепла. Вы можете использовать несколько значений последовательно и параллельно для достижения желаемого значения. Или вы можете использовать реостат подходящего размера (не потенциометр!).
После того, как все это заработает и вы отслеживаете ток, потребляемый тестовым двигателем с помощью амперметра, просто подождите и наблюдайте за появлением одного из вышеперечисленных симптомов (или другого, который я не предсказал). Следите за этим амперметром, потому что он покажет вам начало симптомов отказа. Ток может увеличиваться, падать или колебаться спорадически в зависимости от режима отказа. Если двигатель работает безупречно в X раз дольше, чем вы собираетесь использовать его в своем приложении, вы, вероятно, в порядке в долгосрочной эксплуатации. (Х = от 5 до 10).
Кстати, двигатель постоянного тока с «динамическим тормозом», используемый в этом тесте, фактически используется в качестве генератора, энергия, вырабатываемая тестовым двигателем, проходит через этот генератор и рассеивается во внешнем резисторе. В процессе вал испытательного двигателя испытывает уровень крутящего момента, идентичный тому, который был бы в вашем целевом приложении. Помните, что в двигателе постоянного тока с постоянными магнитами сила тока = крутящему моменту (просто говоря).
Удачи!!!
Останов двигателя вызывает накопление тепла. Чрезмерный нагрев может повредить двигатели. Вы также должны тестировать двигатели в этих текущих условиях в течение значительного периода времени, чтобы посмотреть, смогут ли они это выдержать. Сколько часов при x токе под y нагрузкой, пока не перестанет работать.
И да, хотя это не полное напряжение / ток при полной нагрузке, он все еще глохнет.
Если вы не знаете иного, либо из данных производителя, либо из подробных экспериментов, предположите, что работа двигателя с превышением его номинального тока (работа без остановки!) может привести к его перегреву или повреждению. Даже его нормальный номинальный ток может предполагать, что двигатель вращается, чтобы привести в действие вентилятор для воздушного охлаждения. В таком случае даже номинальный ток без раскрутки вентилятора может его убить.
Часто вы обнаружите, что кратковременные перегрузки (возможно, при 2-кратном или 4-кратном номинальном токе, вероятно, все еще значительно ниже 50% останова) разрешены с учетом времени охлаждения между запусками. Это зависит от мотора.
Или вы можете протестировать двигатели и посмотреть, как быстро корпус двигателя достигает, скажем, 60°C. Можете ли вы позволить себе потерять двигатель или два во время испытаний?