¿Cómo puedo encontrar el rango de tensión para un motor de CC desconocido?

Question

Tengo un pequeño motor sin marca con la placa del variador quemada. He podido averiguar que el motor es de corriente continua porque tiene dos cables que salen de él y hay un rectificador en el regulador de velocidad.

Quiero averiguar cuál es el rango máximo de tensión para el motor, pero está resultando difícil. La placa parece tener un triac y quizás un diac o algún diodo. No hay transformador así que supongo que probablemente funciona a 120V. También hay un montón de resistencias y condensadores que es probablemente utiliza para PWM.

Coloqué el motor en mi taladro y giré el eje a 570RPM o 59,69 radianes/segundo y obtuve una salida de 16V. La resistencia del motor es de 39 ohmios (estaba leyendo 50 antes).

¿Existe una tabla o fórmula para la tensión en función de la velocidad o la tensión en función del par de un motor de CC?

Para su información, el diámetro del motor es de aproximadamente 2 pulgadas de ancho y la altura del motor es de aproximadamente 4 pulgadas. El motor tiene un engranaje helicoidal de plástico unido a él y fue utilizado como un masajeador de cuello. Mi suposición es que tiene que funcionar a un par elevado.

Aquí tienes una foto del motor y una instantánea del circuito:

Answer 1

Un modelo sencillo para un motor de corriente continua es \$V= R*i + e\$ donde \$V\$ es la tensión en los bornes, \$R\$ es la resistencia del motor, y \$e\$ es la tensión de contrafase.

R se puede medir como dije más arriba en un comentario y que repetiré aquí. La resistencia puede variar en un motor de corriente continua debido al contacto de las escobillas. La mejor manera de medir la resistencia es tomar varias medidas y promediar. Si es posible, bloquee el rotor y luego aplique una pequeña corriente a los terminales. Mida la tensión y la corriente y calcule R = V/I. Normalmente, esta prueba se realiza a un 25% de la corriente nominal. Repita varias veces y calcule el promedio. También hay una prueba dinámica que puede dar resultados aún mejores: haga lo mismo que acabo de decir, pero en lugar de bloquear el rotor, accione el motor a contracorriente. 50 RPM sería una velocidad suficiente para hacer retroceder el rotor.

\$e\$ puede determinarse a partir de \$e = K_b* \omega\$ donde \$K_b\$ es la constante de back-emf (unidades de V/(rad/seg) o V/RPM) y \$\omega\$ es la velocidad en las mismas unidades que \$K_b\$ .

Ya has encontrado \$K_b\$ . Es sólo \$\frac{16 V}{570 RPM} = 28.07 \frac{V}{kRPM} = 0.268 \frac{V}{rad/sec}\$ . Como alguien más ha mencionado, la constante de par de un motor es equivalente a la constante de back-emf, por lo que \$K_t = 0.268 \frac{Nm}{A}\$ .

En rotor bloqueado, usted sabe que \$V = R*i\$ porque \$e=0\$ . Si se resuelve para \$i = \frac{V}{R}\$ se puede hallar la corriente cuando el rotor está bloqueado a diferentes tensiones. Y a partir de esa corriente, \$i\$ se puede resolver el par del rotor bloqueado a diferentes tensiones: \$T_{lr} = K_t*i = K_t*\frac{V}{R}\$ .

También puede determinar la velocidad máxima del motor a diferentes tensiones utilizando \$V= R*i + e\$ . Si asume \$i=0\$ cuando no hay carga, esa ecuación se convierte en \$V=e\$ que se convierte en \$V= K_b* \omega\$ que se convierte en \$\omega = \frac{V}{K_b}\$ .

Una vez que tengas el par de parada a diferentes tensiones y la velocidad máxima a diferentes tensiones, puedes representarlos en un gráfico con la velocidad en un eje y el par en el otro eje. Conecta las líneas y tendrás varias curvas de velocidad-par a distintas tensiones.

Hay muchas suposiciones en lo que he escrito más arriba. Los dos supuestos principales que debes tener en cuenta son 1) que el motor se mantiene relativamente frío (por lo que la resistencia no cambia) y 2) que la corriente en vacío es cero (en realidad no lo será).

Answer 2

Se trata sobre todo de cuánta potencia puede disipar el motor sin calentarse demasiado. Una cuestión secundaria es que no quieres que el motor gire en exceso, pero normalmente es bastante obvio cuando llega a ese punto.

Sus medidas nos dan alguna idea, pero sería adicionalmente útil conocer el tamaño físico de este motor. Eso nos permite hacer una primera estimación de cuántos vatios puede disipar.

A 570 RPM (9,5 Hz) sacas 16 V. La mayoría de los motores pueden funcionar al menos a 3600 RPM (60 Hz), así que veamos cómo funciona. A esa velocidad, según tus mediciones, el EMF de retorno sería de 101 V. Si crees que puede estar pensado para funcionar con 120 V CA rectificados, entonces veamos qué hace 170 V, ya que eso es lo que obtendrías si hay un condensador después del rectificador. 170 V - 101 V = 69 V sobrantes para accionar el motor a 3600 RPM. Esto daría 95 W al motor, que es mucho a menos que tenga al menos 6 pulgadas de diámetro.

Veámoslo de otro modo. Para que el EMF trasero fuera de 170 V se necesitarían 6000 RPM (100 Hz). Esa sería la velocidad máxima absoluta. ¿Es eso plausible? No está fuera de lugar para un motor de CC, sin saber nada más sobre él. Por supuesto, nunca llegaría tan rápido porque no quedaría EMF para impulsarlo, y no quedaría par para impulsar nada más.

A 5000 RPM, tendrías 140 V de contrafase con 30 V de sobra para accionar el motor a 170 V de entrada, lo que requeriría 18 W. Eso podría ser bastante plausible si el motor es al menos del tamaño de un puño.

Answer 3

Dependiendo de lo importante que sea que el motor funcione después de la prueba y del equipo del que dispongas, puedes aumentar lentamente el voltaje mientras vigilas la temperatura, la velocidad y la corriente. También puede incluir una carga mecánica de algún tipo y medir el par, como un dinamómetro. El punto con el que te sientas cómodo depende de ti.

En cuanto a las fórmulas, depende mucho de la geometría y del bobinado interno del motor. Básicamente, se trata de un conjunto de electroimanes que interactúan con un conjunto de imanes permanentes y se conmutan mecánicamente en los momentos adecuados para que siga funcionando en la misma dirección. Para una fuerza determinada, se puede fabricar un electroimán de alta corriente y baja tensión o un electroimán de baja corriente y alta tensión. Y eso es sólo uno de los muchos parámetros. Creo que es mejor que busques la hoja de especificaciones o que hagas tus propios experimentos.

Answer 4

Suponiendo que se trate de un motor de corriente continua de imanes permanentes (y no de un motor síncrono, de inducción o "universal"), la prueba del generador indica que el Kv (constante de velocidad) es de 3,73rad/s/V o 36rpm/Volt. Por lo tanto, a 120 V debería alcanzar unas 4300 rpm.

Para un motor PMDC, Kt (constante de par) es la inversa de Kv. 1/3,73 = 0,268N-m/A o 38oz-in/A.

Con una resistencia de 50Ω, la corriente de calado sería de 120/50 = 2,4A, por lo que el par de calado debería ser de 0,268*2,4 = 0,643N-m o 91oz-in. Eso es mucho para un motor "pequeño", así que sospecho que una de tus mediciones está fuera por un factor de 10. ¿Estás seguro de que eran 50Ω y no 500Ω?

He aquí un pequeño motor de imanes permanentes típico diseñado para 120VDC:-

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