Перейти к содержанию

Ток останова двигателя (stall current)

Пока вал двигателя крутится, противо-ЭДС вычитается из напряжения питания и ограничивает ток. Стоит валу остановиться — при пуске или упёршись в препятствие — и ток ограничивает только сопротивление обмотки. Этот ток и называют током останова.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Ток останова (stall current) — ток коллекторного двигателя постоянного тока с неподвижным валом при номинальном напряжении. Пока вал вращается, обмотка вырабатывает противо-ЭДС, которая вычитается из напряжения питания. У неподвижного вала её нет, и ток ограничен только сопротивлением цепи якоря.

Формула

Уравнение двигателя из технической записки Bodine:

U=R⋅I+Ke⋅ωU = R \cdot I + K_e \cdot \omega

При ω = 0 остаётся I = U / R. Двигатель Bodine 0044 на 24 В с сопротивлением цепи 1,7 Ом имеет ток останова около 24 / 1,7 ≈ 14 А. По его постоянной момента 9,2 oz-in/A номинальный момент 22 oz-in соответствует току около 2,6 А с учётом тока холостого хода. Ток останова больше рабочего в пять с лишним раз. Bodine оговаривает, что момент останова в таблице — теоретическое значение, и такой ток может превысить ток размагничивания магнитов.

Ток останова течёт при каждом пуске, пока вал не разогнался, и при каждой остановке под нагрузкой. Как быстро он нарастает, задаёт электрическая постоянная времени L / R — у того же двигателя 2,3 мГн / 1,7 Ом ≈ 1,35 мс.

Как его ограничивают

Драйвер, рассчитанный только на рабочий ток, при заклинивании перегрузится. Поэтому многие драйверы ограничивают ток нарезкой: у TI DRV8871 порог задаёт один резистор, ITRIP = 64 кВ / RILIM. При RILIM = 32 кОм ток не превысит 2 А, сколько бы ни нагружали вал. TI отмечает, что такое ограничение снижает требования к источнику питания и объёму конденсаторов при пуске.

Как обнаружить остановку

TI в записке SLVAFQ3 описывает простой способ: следить за током и считать двигатель остановленным, если ток долго выше порога. Пусковой ток выглядит так же, поэтому на время разгона превышение игнорируют. Связь тока, момента и скорости — в термине «Механическая характеристика двигателя», схемы управления — в статье «Управление коллекторным двигателем».

Частые вопросы

Как узнать ток останова, если его нет в паспорте двигателя?

Разделить напряжение питания на сопротивление обмотки, измеренное омметром: I = U / R. Для двигателя Bodine 24 В с сопротивлением 1,7 Ом получается около 14 А при рабочем токе около 2–3 А.

Сгорит ли драйвер, если двигатель заклинит?

Если драйвер не ограничивает ток, через ключи пойдёт ток останова, и сработает защита от перегрузки или перегрев. DRV8871 позволяет задать порог резистором RILIM: при 32 кОм ток не превысит 2 А, сколько бы ни нагружали вал. Двигатель при этом стоит, но ни он, ни драйвер не перегреваются.

Как программно обнаружить, что двигатель упёрся?

По току: при остановке он резко растёт. TI в записке SLVAFQ3 советует ставить порог выше установившегося тока и игнорировать превышение во время пуска, когда ток тоже большой. Задержку подбирают для конкретного двигателя и нагрузки.

Источники

  1. Bodine Electric. Introduction to Motor Constants for Fractional Horsepower Gearmotors, tech note 07470050.B — уравнение V = Rw·I + Ke·ω; электрическая постоянная времени — время нарастания до 63,2 % тока останова при заторможенном вале; табл. 1, PMDC 0044 (24 В): Kt 9,2 oz-in/A, сопротивление цепи 1,7 Ом, индуктивность 2,3 мГн, номинальный момент 22 oz-in, ток холостого хода 0,24 А, момент останова 140 oz-in; прим. 1 — данные по моменту останова теоретические и могут превышать ток размагничивания
  2. Texas Instruments. DRV8871 3.6-A Brushed DC Motor Driver With Internal Current Sense (PWM Control), SLVSCY9B (August 2015, revised July 2016) — ограничение тока снижает требования к питанию и объём конденсаторов при пуске и останове двигателя; ITRIP = 64 кВ / RILIM (VILIM 59–69 кВ), при RILIM = 32 кОм — 2 А, минимум RILIM 15 кОм; без регулирования — до 3,6 А несколько сотен мс, затем защита OCP или TSD и повтор через ~3 мс; пример: ток двигателя 0,8 А RMS, пусковой 2 А, порог 2,1 А
  3. Texas Instruments. Integrated Stall Detection for Brushed DC Motors, SLVAFQ3 (January 2024) — при остановке коллекторного двигателя ток значительно растёт; остановку ловят по превышению порога тока, порог подбирают экспериментально выше установившегося тока; пусковой ток похож на остановку, поэтому нужна задержка (бланкирование); DRV8213 — встроенный детектор с выводом nSTALL

Нашли ошибку?

Смотрите также