Перейти к содержанию

Можно ли подать на коллекторный двигатель напряжение выше номинального?

Обновлено Редакция GAW

Напряжение на шильдике коллекторного двигателя — точка, для которой производитель привёл характеристики, а не предел, за которым обмотка сгорает. Ограничивают двигатель три вещи: допустимая скорость вращения (механика и коллектор), ток (нагрев обмотки и размагничивание) и температура ротора. Повышенное напряжение затрагивает все три.

Что меняется с напряжением

По maxon механическая характеристика при смене напряжения сдвигается параллельно: скорость холостого хода растёт пропорционально напряжению, наклон остаётся прежним. Значит, растут и обороты, и ток останова — он равен напряжению, делённому на сопротивление обмотки.

Пример — Faulhaber 2224 U 012 SR на 15 В вместо 12 В (наш расчёт по даташиту):

Параметр12 В (номинал)15 ВПредел по даташиту
Скорость холостого хода7810 мин⁻¹около 9760 мин⁻¹9000 мин⁻¹
Ток останова1,37 А1,71 А—
Длительный ток——0,485 А (тепловой)
n0(15 В)≈7810⋅1512≈9760 мин−1,Iост=15 В8,77 Ом≈1,71 Аn_0(15\ \text{В}) \approx 7810 \cdot \frac{15}{12} \approx 9760\ \text{мин}^{-1}, \qquad I_\text{ост} = \frac{15\ \text{В}}{8{,}77\ \text{Ом}} \approx 1{,}71\ \text{А}

Скорость холостого хода уже выше допустимых 9000 мин⁻¹ — значит, без нагрузки этот двигатель на 15 В крутить нельзя. Под нагрузкой обороты ниже, но тогда растёт ток: средний ток не должен превышать 0,485 А, иначе обмотка перегреется. Свою пару «напряжение — нагрузка» удобно проверить калькулятором двигателя постоянного тока, а как связаны скорость и момент — объясняет статья о механической характеристике.

Как поднимать напряжение безопасно

  1. Найдите в паспорте предельную скорость и номинальный ток; если их нет, увеличивайте напряжение понемногу и следите за нагревом корпуса.
  2. Проверьте, что драйвер и источник выдержат возросший пусковой ток.
  3. Не допускайте длительной остановки вала: ток останова на повышенном напряжении нагреет обмотку быстрее.
  4. Помните о ресурсе: Pololu предупреждает, что повышенное напряжение может сократить срок службы двигателя.

Как устроен коллекторный двигатель и почему щётки ограничивают скорость, описано в словаре, а выбор двигателя с запасом — в статье о выборе двигателя.

Похожие вопросы

Можно ли кратко подать двойное напряжение для быстрого разгона?

Кратко — иногда да: по maxon перегрузку ограничивает тепловая постоянная обмотки, у маленьких двигателей это секунды (у Faulhaber 2224 — 12 с). Но пусковой ток при этом тоже удваивается, и драйвер с источником должны его выдержать.

Что сгорит первым при перенапряжении?

Зависит от режима. На холостом ходу растёт скорость, а предельную скорость, по maxon, ограничивает прежде всего щёточно-коллекторный узел: на высоких оборотах быстрее механический износ коллектора и электроэрозия от вибрации щёток и искрения, а дисбаланс ротора сокращает ресурс подшипников. Под нагрузкой растёт ток и перегревается обмотка, а у мотор-редукторов может не выдержать редуктор.

Как понизить скорость, если двигатель слишком быстрый?

Снизить среднее напряжение ШИМ или поставить редуктор. ШИМ сдвигает механическую характеристику так же, как снижение напряжения питания, а редуктор ещё и увеличивает момент на выходе.

Источники

  1. Faulhaber. DC-Micromotors, Series 2224 … SR (Precious Metal Commutation), data sheet — 2224 U 012 SR: 12 В, 8,77 Ом, n0 = 7810 мин⁻¹, kn = 655 мин⁻¹/В, MH = 19,8 мН·м; номинальные значения длительного режима MN = 6,21 мН·м, IN = 0,485 А (тепловой предел); скорость до 9000 мин⁻¹; тепловая постоянная обмотки 12 с
  2. maxon motor. Key information: maxon DC motor and maxon EC motor (May 2009 edition) — копия на сайте UBC; механическая характеристика при смене напряжения сдвигается параллельно; номинальный ток — тепловой предел при 25 °C; перегрузка ограничена тепловой постоянной обмотки; предельная температура ротора 85 °C у двигателей с щётками из драгметаллов и 125 °C с графитовыми; предельную скорость коллекторного двигателя ограничивает прежде всего коллекторный узел — на высоких оборотах растут механический износ и электроэрозия от вибрации щёток и искрения, дисбаланс ротора сокращает ресурс подшипников
  3. Pololu. 150:1 Micro Metal Gearmotor HP 6V (item 2386) — двигатели можно питать выше и ниже номинального напряжения, более высокое напряжение может сократить ресурс; момент и ток останова — теоретические значения

Нашли ошибку?

Смотрите также