Upoznajte svoj DC motor: kako čitati podatkovni list

A kako i ne baciti ga u kantu za smeće zajedno sa svima oko sebe

Idemo dublje u džunglu. U ovom postu pokazat ću vam da podatkovna tablica motora nije uvijek namijenjena za pokretanje vatre u vašem kaminu ili da vas baci na slučajnog kolegu kroz otvoreni prostor. Ovdje objašnjavam kako zapravo čitati i razumjeti tehničku tablicu motora.
Svatko tko zna osnove istosmjernih motora može to pročitati. Ako smatrate da vam nedostaje neko znanje, pogledajte prethodne postove u ovoj seriji (vodič za motore u robotici i kontrolu smjera i brzine istosmjernog motora).

Dok radite s istosmjernim motorima vjerojatno ćete se baviti datotekama s podacima / specifikacijama. Mnogi trgovci pružaju im definiranje specifikacija svojih motora kako bi ih pravilno koristili. Ovako može izgledati:

Ovo je dobar primjer, nažalost, na listovima s podacima u nekoliko prodavaca nedostaje mnogo korisnih specifikacija. (Izvor)

Ovdje želim podijeliti ovu tablicu u 3 odjeljka.

Odjeljak 1: Opće dimenzije motora. Ovaj je dio vrlo koristan za integraciju motora u okruženje robota. Možete vidjeti gdje treba postaviti vijke, kolike je duljine i promjera osovine itd. Težina je također dobra stvar koju treba znati, a često je i kritično pitanje robotike. Neću više govoriti o ovom odjeljku, jer, dobro, dimenzije su dimenzije i to je to.

Odjeljak 2: Ovdje su specifikacije motora, ponekad prikazane kao tablica. Ponovno prema kojem prodavač daje informacije, možete pronaći ili mnoge stvari (iako nisu uvijek korisne) ili gotovo ništa. No, neke su od ovih karakteristika potrebne za dobro razumijevanje motora. U kratkom ćemo vremenu vidjeti koje su specifikacije najvažnije.

Odjeljak 3: Karakteristične krivulje. Ponekad ih nađete, ponekad ne. Korisni su za pregled globalnih performansi vašeg motora. Objasnit ću im kasnije i u ovom postu.

Prvo, osnove

Nekoliko korisnih činjenica, uvijek dobro imati na umu:

  • Motor apsorbira energiju u obliku struje i napona, pa će podatkovni list motora pružiti različite elektroničke specifikacije.
  • Isporučuje energiju u obliku rotacijskih pokreta (i malo topline). Pokreti podrazumijevaju brzinu i okretni moment.
Napomena: Moment je rotacijska sila. To znači sila koja se primjenjuje na udaljenosti od osovine. Izraz je sila pomnožena s udaljenošću.
Jednostavan način da ga stavite je sila koju primjenjujete na odvijač dok zavrtite vijak.
  • DC motor ima dva glavna područja uporabe: kontinuiranu uporabu i povremenu (ili kratkoročnu) upotrebu (treći je non-go zona). Prvo vam omogućuje da se okrećete tijekom dužih perioda, dok drugo dopušta samo kraće vremenske rotiranje, dok se previše ne zagrijava.

Sada, popis minimalnih specifikacija

U odjeljku 2 nalaze se najmanje tri kritične specifikacije koje ćete trebati ako želite dobro znati svoj motor i pravilno ga koristiti:

  • Nominalni napon (Unom)
  • Brzina bez opterećenja (S0)
  • Moment zaustavljanja (Tstall)

Zašto su samo ove tri najvažnije, dok se oko njih vrti gomila drugih čudnih riječi i vrijednosti?

Jer svaki rezultat koji želite postići s motorom ovisi o brzini ili okretnom momentu - ili u konačnici o oboje. A pri danom naponu, brzina i obrtni moment su čvrsto povezani. K tome ćemo se vratiti za minutu.

  • Nominalni napon: To je istovremeno napon na kojem su mjerene ostale specifikacije i predloženi napon na kojem su performanse najbolje, većinu vremena. Možete razmotriti korištenje motora s nazivnim naponom bez ikakvih problema ili s vrijednosti iznad njega. Imajte na umu da će previsoki napon dovesti do oštećenja namotaja.

Također, napon je izravno proporcionalan brzini motora (kao što ste pročitali u prethodnim postovima).

  • Brzina bez opterećenja: Točno kako je nazvano, ovo je brzina rotacije izlaza motora kada se na njega ne primjenjuje opterećenje, tj. Kada ništa nije povezano s izlazom. Ovo je najveća brzina koju motor može postići pri datom naponu.
  • Moment zaustavljanja: najveći je okretni moment koji se može primijeniti na rotor dok se ne prestane vrtjeti.

Što se brži motor okreće, manji je zakretni moment koji pruža - i obrnuto.

Postoji jednostavan eksperiment da provjerite tu duboku istinu kod kuće: uzmite mali jednosmerni motor i na njegove terminale primijenite nizak napon. Sada zgrabite osovinu i pokušajte spriječiti da se okreće: što više "sile" (zapravo zakretnog momenta) primijenite na izlaz, to se rotor sporije okreće; i napokon prestaje, sve dok ne oslobodite tog jadnika.

Napomena: Ne pokušavajte ovo predugo - tj. Ne više od sekunde ili dvije. Pogon koji se ne okreće nalik je napajanju spojenom u zavojnicu: žice će se brzo zagrijati, izolacijska čahura će se rastopiti, cijela će se stvar proširiti i može puno izgorjeti.
DC motor - ili nešto slično - ležerno eksplodira kako bi izrazio svoje neslaganje.

Što vam govore ove tri specifikacije? Oni vam daju teoretski raspon upotrebe vašeg motora. Znate da se za optimalne performanse motor mora napajati danim nazivnim naponom. Također, znate koja su njegova najveća brzina i najveće opterećenje koje može podnijeti (1). Naravno, brzina bez opterećenja i zakretni moment su ekstremne vrijednosti (teoretski ih je nemoguće postići), a bolje je ne gurati motor blizu ovih granica ako želite osigurati dobru dinamiku. Motor nikada ne radi dobro u svojim ekstremnim vrijednostima.

Osnovna krivulja i rasponi uporabe

Prema onome što smo upravo saznali, to izgleda na jednostavnijoj karakterističnoj krivulji:

Osnovna krivulja brzine-zakretnog momenta. Uvijek je linearan.
Napomena: Ova se krivulja prikazuje za zadani fiksni napon. Ako promijenite napon, pojavit će se paralelno s izvornikom, ali iznad njega za viši napon ili ispod njega za niži napon:
Primjer iste krivulje brzine i zakretnog momenta pri različitim naponima.

Ako na vašem listu podataka postoji ono što sam ranije nazvao, odjeljak 3, onda vam mora dati ovu posebnu krivulju (ili barem njezin dio). Mogu se pojaviti i neke druge krivulje, to ćemo vidjeti kasnije u ovom postu.

Kao što vidite, brzina okretanja je maksimalna kad nema opterećenja na osovini, ovo je stanje bez opterećenja. Tada se smanjuje dok se opterećenje povećava. S desne strane krivulje najveće opterećenje uopće ne znači brzinu. Ovo je uvjet staje.

Krivulja zapravo predstavlja puno funkcionalnih točaka povezanih s motorom. Na primjer, motor na 12 V s danim opterećenjem od 5 mN.m imat će zadanu brzinu od 400 o / min (2):

Jedna od mnogih funkcionalnih točaka sastavljanja krivulje.
Napomena: imajte na umu da je ovo teorijsko ponašanje; to znači da će uvijek biti malih odstupanja ako se isprobate s stvarnim motorom, zbog vanjskih uvjeta, kvalitete građevine, raspona preciznosti.

Konačno, motor se ne može praktički koristiti na cijeloj krivulji brzine i zakretnog momenta. Postoji virtualna granica koja razdvaja kontinuirano od povremenih raspona. Dok na prvom dometu možete koristiti motor koliko god želite, drugi će vjerojatno zagrijati motor i oštetiti ga ako se predugo zadržite u tom rasponu. Ovo ograničenje, nazvano maksimalno neprekidni zakretni moment, može se primijetiti većinu vremena oko vrijednosti zakretnog momenta / 3, ali to nije zlatno pravilo.

Zeleno: raspon je u redu; možete - možete se zabaviti; Svijetlo crvena: ovdje nemojte ostati previše dugački; Tamnocrvena: oh-my-please-get-out-here-quick-range.

Ostale specifikacije

Vratimo se odjeljku 2, specifikacije. Postoje neke druge važne specifikacije koje dolaze odmah nakon tri o kojima smo razgovarali ranije. Evo popisa onih koji dolaze odmah nakon:

  • Struja bez opterećenja: struja koju motor troši tijekom kontinuiranog okretanja pri brzini bez opterećenja.
  • Pokretačka (ili zastojna) struja: Struja koju motor troši u momentu zaustavljanja. Ova se struja promatra kao vrhunac kada se rotorske zvijezde okreću.
  • Nazivna (ili kontinuirana) brzina, zakretni moment i struja: Ove tri vrijednosti su povezane zajedno i definiraju funkcijsku točku vaše krivulje brzine-zakretnog momenta. Ovo je točka u kojoj su uvjeti najbolji kako bi se osigurala maksimalna učinkovitost.
  • Maksimalna neprekidna struja i zakretni moment: (Ponekad se nazivaju nazivna struja i zakretni moment.) Točka krivulje brzine-zakretnog momenta koja je na granici između neprekidnog i povremenog raspona, ponekad oko vrijednosti vrijednosti zakretnog momenta u zastoju podijeljeno s tri. U ovom trenutku količina struje još uvijek osigurava da se namatanje ne pregrijava. Iznad ovih vrijednosti motor će se vjerojatno brzo pregrijati. Pod njima količina struje omogućava rotoru da rasprši toplinu.
  • Najveći zakretni moment: za većinu trgovaca, vršni zakretni moment je najveći mogući zakretni moment koji motor može pružiti u povremenoj uporabi, tj. Kratko vrijeme, a da pritom ne ošteti i ne smanji svoj lifspan.
  • Moment trenja: Ovo su gubici zakretnog momenta uzrokovani trenjem između četkica i komutatora, između osovine i ležajeva. Može varirati ovisno o temperaturi motora.
  • Konstanta zakretnog momenta: konstanta koja omogućava povezivanje momenta sa strujom. Formula ću vam dati kasnije u ovom postu, kao poklon. Obično u N.m / A, ili mN.m / A.
  • Konstanta brzine: konstanta koja omogućava povezivanje brzine s momentom motora.
Napomena: Kod odgovarajućih jedinica iz Međunarodnog sustava jedinica, konstantna brzina obrtnog momenta vremena jednaka je 1. Ovo nije crna magija.
  • Gradijent brzine / zakretnog momenta: Ovo je suprotan koeficijent linearne krivulje brzine-zakretnog momenta. Obično u rpm / V. Krivulja brzine-zakretnog momenta izražava se sljedećom jednadžbom (N kao brzina, T kao zakretni moment):
  • Snaga ili nazivna snaga: ovo je mehanička snaga uzeta u pola zakretnog momenta. Vizualno, kako je snaga (u W) jednaka momentu (u N.m) puta brzini (u rad / s), to je područje kvadrata ispod karakteristične krivulje brzine momenta, na polovici zakretnog momenta.
  • Maksimalna učinkovitost: ovo su najbolje performanse koje motor može pružiti. Učinkovitost je omjer između izlazne mehaničke snage i ulazne električne snage i uglavnom se izražava u%. Obično se javlja kod velike brzine i malog okretnog momenta.
  • Terminalni otpor i induktivnost: To su otpor (u Ohm, Ω) i induktivnost (u Henryju, H) namotaja. Koriste se za izračunavanje raznih drugih specifikacija.
  • Toplinska vremenska konstanta: neprestano u sekundama (sekundama) što omogućava da se u kratkotrajnom korištenju namota dostigne 63% njegove kritične vrijednosti. Stoga je korisno znati koliko dugo možete koristiti motor u neprekidnom dometu.
  • Toplinski otpori: Uglavnom u Kelvinima Watt (K / W). Te vrijednosti su toplinski otpor između rotora i statora / kućišta, te između statora / kućišta i okolnog zraka. Niža vrijednost, najbolje rasipanje topline.
  • Maksimalna temperatura namotaja: Kritična temperatura iznad koje vam se motor uopće ne osjeća dobro, a vremenom će se oštetiti i skratiti mu vijek trajanja.
  • Inercija rotora: Inercija rotora. Što je niža vrijednost, to brži motor prelazi iz 0-brzine u brzinu bez opterećenja.
  • Mehanička konstanta vremena: Vrijeme (u sekundama) koje je potrebno motoru u mirovanju bez opterećenja kako bi pod stalnim naponom dostiglo 63% svoje brzine bez opterećenja. Vrijednost je proporcionalna inerciji rotora, a obrnuto je proporcionalna kvadratu konstante zakretnog momenta, prilično sam siguran da ste željeli to znati.
  • Aksijalna i radijalna igra: nasuprot osovine osovine, odnosno duž nje ili okomito na nju. Obično u mm.
  • Slika zasluga: Ovaj gotovo okultni lik zapravo je konstanta, ali to vam ne pomaže. Izračunava se konstantom zakretnog momenta podijeljenom s kvadratnim korijenom krajnjeg otpora ili s momentom podijeljenim s kvadratnim korijenom snage. Korisno je za usporedbu različitih tipova motora jer ostaje konstantno bez obzira na napon i konfiguraciju namotaja.

Očito sam zaboravio mnoge specifikacije koje ćete kasnije naći u nekim podacima. S vremena na vrijeme dodavat ću one koji nedostaju, ali ne brinite, već znate dobre stvari.

Ostale krivulje

Sada kada znamo mnoge specifikacije, vidjet ćemo da w možemo pronaći neke od njih na karakterističnim krivuljama. Dopustite mi da objasnim ovu krivinu, nakon što sam vam pokazao kakav je to nered:

Tamo. Sad možete plakati.

Prepoznali ste plavu krivulju: karakteristiku brzine i zakretnog momenta. Dobro. Pogledajmo ostale.

  • Trenutna krivulja (tamnocrvena): To je linija koja prikazuje gibanje struje nasuprot zakretnom momentu. Sjećate se da je brzina povezana s obrtnim momentom (više okretnog momenta, manje brzine)? Ovdje imamo novu stvar: što je više okretnog momenta, to je veća struja. Ako problem preokrenete naopako, to je nekako logično: pri stalnom naponu dodate li osovini još više opterećenja - poput vaše ruke koja pokušava spriječiti da se okreće - brzina će se smanjivati ​​i motor će potrošiti više i više struje da biste savladali mehanički otpor vaše ruke - koji je okretni moment - i nastavite se rotirati.

Iako je napon slika brzine, sada promatramo kako je struja slika momenta.

Iskorištavam vam uvod u malu, ali važnu formulu:

Ovdje je KT konstanta motora (N.m / A), I struja (A) u vrijeme kad želite znati zakretni moment T (N.m), a I0 je struja bez opterećenja (A). Neki su trgovci pojednostavili ovu jednadžbu brisanjem iz nje I0.

  • Krivulja snage (zelena): Ovo je krivulja izlazne snage, izražena u Watts-u. To je mehanička snaga. Izračunava se prema brzini (S u rad / s) i okretnom momentu (T u N.m):
  • Krivulja učinkovitosti (smeđa): Ovo je omjer između izlazne snage i ulazne snage - struje A (A) puta napona U (V):

Neki su primijetili da se najbolja učinkovitost osigurava pri vrijednosti oko zateznog momenta / 7. Kao što je to za maksimalni neprekinuti zakretni moment pri zakretnom momentu / 3, ovo nije zlatno pravilo, već puko opažanje koje se ne primjenjuje na svaki motor , Budite oprezni s tim.

To je onoliko koliko ću danas poduzeti, i da, to je mnogo toga za obraditi. Ovdje možete prestati čitati ako vam je glavobolja prejaka. Ono o čemu ću govoriti u nastavku su neki nasumični, ali korisni komentari u vezi s podacima s kojima možete susresti u divljini. Slobodno ga pročitajte i ako želite znati više o njemu.

Također, na kraju posta pišu se neke bočne bilješke.

Hvala na čitanju. Molim vas, zapljeskajte!

Nominalno ili ocijenjeno?

U podacima s podacima o motorima vjerojatno ćete čitati podatke poput nazivnog napona ili nazivnog napona - brzine, zakretnog momenta i struje.

Većinu vremena nominalni napon je nazivni napon, za motore. Ima isto značenje, tj. Napon za koji je motor predviđen da radi, u normalnim uvjetima. To su samo dva načina da se kaže isto.

Međutim, u nekim slučajevima (npr. Na podatkovnom listu elektroničke komponente) obje riječi neće značiti sasvim isto:

  • Navedeni nazivni napon je napon za koji je motor dizajniran da se koristi.
  • S druge strane, nazivni napon ponekad može značiti i maksimalni napon zbog kojeg motor može sigurno raditi bez oštećenja.

U slučaju da su nazivni i nazivni napon različiti, nazivni napon se može napisati Nazivni maksimalni napon kako bi se naglasila razlika s nazivnim naponom.

Jedinice: pakao je stvaran

Dopustite da budem ravnopravan: postoji mnogo jedinica. Možete doslovno izraziti datu mjeru s desecima različitih jedinica, a to može biti stvarna noćna mora. Na primjer, može doći do gubitka satelita ako napravite jednu malu grešku. Da, satelit.

U osnovi, neki su se davno odlučili da će život biti mnogo ugodniji ako postoji mnogo različitih načina za izražavanje mjere. Zbog toga postoje različiti sustavi mjerenja: Međunarodni sustav jedinica - koji je moderni oblik metričkog sustava -, Imperijalni sustav, američke uobičajene jedinice itd. Jedinice nisu nimalo slične od jednog do drugog sustava:

1 metar (metrički sustav) = 3,28 stopa (carski sustav)

Unutar metričkog sustava gotovo se svaka jedinica može podijeliti ili množiti sa 10 (otprilike decimale ili deka-), 100 (centi- ili hekto-), 1.000 (mili- ili kilo-), itd., Ili čak 1.000.000 ( mikro- ili mega-) i još mnogo toga. Na primjer, 100 metara je 1 hektometar.

Kao da to nije dovoljno, vidjet ćete da za jedinice poput zakretnog momenta u Metričkom sustavu neke podatkovne tablice, na primjer, daju okretni moment N., dok druge izražavaju moment kao mN.m. U tom je slučaju točno tako, jer je milimetar puta Newton (a ne podjela).

EDIT: Oh, a ima ljudi koji bi radije rekli metar-Newton (m.N, nemojte zaboraviti tu točku, nisam rekao millinewton mN) nego Newton-meter (N.m). Kako je to množenje, oni ... mogu.

To je previše previše razloga za pogreške, pogrešne proračune, pogrešne interpretacije, pa i puno pogrešaka. Da ne spominjemo stvarne ratove između korisnika tih različitih sustava.

Druga okultna skupina hvalila bi jedinicu banana umjesto metra ili stopala.

Stoga će neki listovi podataka osigurati (na primjer) mjerenje momenta u kgf.cm (3), drugi u N.m, a neki drugi u ozf.in (4). Zato ne zaboravite pretvoriti svoje vrijednosti u željenu jedinicu prije nego što zajedno manipulirate njima; uvijek budite oprezni i dvaput provjerite svoj rad ako volite svoj satelit.

Da izbjegnem pogreške, koristim vrlo koristan internetski alat pod nazivom Translator Cafe, koji svakodnevno pokušava spasiti svijet.

Hvala na čitanju.
 - Ako vam se svidjelo ovo što ste pročitali, molim vas izbacite vraga iz toga i slijedite nas na Medijumu!

Napomena (1): Uglavnom su to vrijednosti date za sirovi motor. Ako se ne bavite motoreduktorom, vjerojatno ćete morati projektirati i smanjenje i uzeti u obzir omjer smanjenja.
Napomena (2): rpm znači revolucija u minuti, a nije stvarna jedinica zbog riječi revolucija, prema Međunarodnom sustavu jedinica. Ipak se široko koristi jer je bistriji od radijana u sekundi.
Napomene (3) i (4): kg.cm, kg.mm, itd .; ili oz.ft, oz.in itd. nisu jedinice zakretnog momenta. prave jedinice zakretnog momenta su kgf.cm, gf.mm, ozf.in, ozf.ft i tako dalje. F znači sila: kilogramska sila ili unča-sila su mjera sile poput Newtona, dok su kilogram ili unca masa mase. Ipak ćete ih vjerojatno često vidjeti, ali imajte na umu da je to uobičajena pogreška.

Inženjer sam mehatronike, suosnivač tvrtke Luos Robotics. Razvijamo nove tehnologije kako bismo lakše i brže gradili robote.