Courant de limitation pour un moteur à courant continu

Cela fait plus d'un mois que je recherche sur Internet depuis et depuis un mois et je crains que ma question soit si simple que je ne trouve pas de réponse. Ou j'ai vu la réponse et je la reconnais. Tout ce que j'essaie de faire (pour le moment), c'est d'alimenter un petit moteur à courant continu que j'ai acheté de Radio Shack à partir d'un convertisseur ca / ​​cc "verrue murale". J'ai un interrupteur marche / arrêt. Et bien que j'en sache assez pour câbler tout cela ensemble, je ne sais pas comment alimenter le moteur sans le brûler.

Le moteur est le moteur Radio Shack Hi-Speed ​​9-18Vdc, # 2730256. Radio Shack ne fournit pas de spécifications avec ses composants, mais j'ai pu le trouver en ligne: "Le 12-18V dans les 1.98A dont il a besoin. Le moteur est conçu pour fonctionner à 1.98 AMPS MAX !!"

La première alimentation que j'ai essayée était la verrue murale d'un vieil ordinateur portable évalué à 19V 3,4A. Cela a très bien fonctionné lorsque le moteur n'a appliqué aucune charge. Il a tiré environ 0,25 ampère. Cependant, quand j'ai mis une charge dessus, le moteur a tiré plus de 4 ampères.

"Pas de problème," pensai-je, je vais juste acheter une alimentation plus appropriée. Sur eBay si trouvé une alimentation 18V 2A. Parfait! Quand c'est arrivé, je l'ai branché, je l'ai allumé et le moteur a ensuite attiré 4,5 ampères!

Alors maintenant, je suis perdu. Mon hypothèse naïve était qu'une alimentation de 2 ampères ne fournirait pas plus de 2 ampères. N'est-ce pas vrai, ou l'alimentation que j'ai achetée est-elle indésirable?

Ou, ai-je vraiment besoin de chercher une sorte de circuit de limitation de courant qui limite le courant à un peu moins de 2 ampères? Cela me permettrait de retourner l'approvisionnement que j'ai acheté et d'utiliser simplement celui que j'avais. Cela protégerait également le moteur des pointes de courant. J'ai essayé de lire à ce sujet, mais plus je lis, plus je suis confus.

L'application que j'ai en tête nécessitera beaucoup de couple, donc j'essaie de garder l'alimentation actuelle aussi proche de son maximum que possible. Ma prochaine étape sera de contrôler la vitesse en utilisant PWM avec une minuterie 555 ou une carte Arduino. Mais pour l'instant, je serais heureux de l'allumer et de le faire fonctionner pendant 6 heures sans brûler le moteur. Comment puis-je faire cela? Comment empêcher le moteur à courant continu de consommer plus de courant qu'il ne l'est pour lui?

L'important est de ne pas surchauffer le moteur ou l'une de ses pièces (enroulements, balais, roulements, etc.)

La chaleur dans le moteur provient de la résistance multipliée par le carré du courant.

Si le moteur est évalué à 1,95 ampères max, vous avez trois options pour éviter de le surchauffer:

1. Assurez-vous que la charge n'est jamais si élevée que le moteur cale ou surcharge.
2. Assurez-vous que la tension est si basse que le courant à travers les enroulements ne sera jamais supérieur à la valeur nominale.
3. Utilisez un contrôleur de courant pour entraîner le moteur qui peut limiter le courant au maximum donné. (Généralement, le courant moyen est limité par PWM.)

La raison pour laquelle votre «alimentation 2A» n'a pas fait la limitation est qu'elle n'a pas été construite avec une «limitation de courant continue» comme caractéristique. Il existe des alimentations qui ont cette fonctionnalité, mais elles sont généralement plus chères car il est généralement plus difficile de construire cette fonctionnalité qu'une alimentation illimitée (que vous pouvez détruire en la surchargeant) ou une alimentation à limitation intermittente (qui s'éteint complètement en cas de surcharge ou de surchauffe.)

L'ampérage d'une alimentation est généralement le nombre d'ampères qu'il peut fournir en toute sécurité - PAS une limite ou un nombre exact, comme la tension. La raison en est que vous ne "poussez" pas les amplis dans une charge; la charge "tire" des amplis en fonction de la tension que vous fournissez et de sa construction interne (résistance, impédance.)

Ma recommandation pour vous est d'obtenir une alimentation 12V / 2A et de voir la quantité de courant consommée si vous calez le moteur. Si <2A, tant mieux! Si> 2A, réduisez encore plus la tension jusqu'à ce que le courant consommé lors du calage soit acceptable.

Si cela ne suffit pas, procurez-vous une alimentation qui vous permet d'établir une limite de courant, où la réponse de cette alimentation est de réduire la tension jusqu'à ce que le courant soit inférieur à cette limite. Vous pouvez les acheter en tant que «composants» dans des endroits comme Jameco ou Digi-Key, ou vous pouvez acheter une alimentation à bas prix 18 V / 3 A sur Amazon (qui sera également fournie avec des lectures numériques pratiques.)

Les moteurs sont assez robustes et vous n'avez pas à vous soucier de la différence entre - par exemple - 1,98 et 2A. Cependant, une surintensité peut raccourcir la durée de vie d'un moteur de deux manières distinctes:

1) À long terme, le moteur peut surchauffer. Il n'est pas inhabituel pour un moteur évalué à 2A en continu d'avoir un courant nominal à court terme plus élevé - peut-être 4A intermittent, pour max. 10 minutes en une demi-heure. La clé est de maintenir la température du moteur basse - soit en limitant le courant à 2A, soit en le laissant refroidir, soit en améliorant le refroidissement par exemple avec un ventilateur.

2) Les moteurs à courant continu ont généralement des balais - des blocs de carbone ou des contacts métalliques frottant contre le commutateur. Ces dernières sont particulièrement sujettes à l'usure par fusion, soit par des étincelles, soit tout simplement par un courant trop élevé. Les balais de charbon sont plus résistants, mais ils peuvent également s'user et surchauffer. Sur certains moteurs, ils sont facilement remplaçables, ce qui est une façon d'augmenter la durée de vie d'un moteur à entraînement dur!

Dans votre cas, si vous voulez un fonctionnement continu de 6 heures, vous devez considérer le tirage actuel à long terme.

Et cela signifie vraiment, limiter le couple sur le moteur.

Limiter le courant ne calerait le moteur que lorsque le couple est dépassé - cela peut en fait surchauffer le moteur plus rapidement s'il dispose d'un ventilateur de refroidissement interne!

Mieux vaut faire tourner le moteur plus rapidement et le réduire jusqu'à ce qu'il puisse fournir le couple dont vous avez besoin sans courant excessif.

Ce que vous devez faire est de déterminer exactement le couple dont vous avez besoin pour accélérer votre disque à la vitesse à laquelle vous voulez qu'il tourne, puis dimensionner votre moteur de manière appropriée. Il s'agit d'un problème physique assez simple et tout ce que vous devez savoir est le moment d'inertie de votre charge et la vitesse à laquelle vous souhaitez l'accélérer. Pour un objet assez simple comme un grand disque, vous aurez besoin de plus de couple pour le mettre en vitesse que pour le faire bouger.

La formule du couple est $\tau = I*\alpha$, où $\tau$ est le couple, $I$ est le moment d'inertie, et $\alpha$est l'accélération angulaire. Le moment d'inertie pour un disque est le même que pour un cylindre,$I = \frac{1}{2} m*r^2$, où $m$ est la masse de votre disque et $r$ est le rayon.

Ainsi, lorsque vous allumez votre moteur, il va tirer autant de courant que possible pour accélérer ce disque. Si vous trouvez une méthode pour limiter le courant à 2 ampères (ce qui, pour un moteur donné, équivaut à limiter le couple à une certaine valeur), cela équivaut à limiter l'accélération de votre charge ($\alpha = \frac{\tau}{I}$). Votre autre option serait de limiter la vitesse à laquelle vous accélérez la charge, ce qui limiterait le couple dont vous avez besoin. Cela pourrait être aussi simple que d'appliquer lentement plus de tension sur une période de temps au lieu de frapper le moteur avec 18 V instantanément. Comme il semble que vous envisagiez de contrôler la vitesse de toute façon, cela pourrait être quelque chose que vous voudrez essayer.

Et tout cela suppose, bien sûr, que votre moteur soit correctement dimensionné. Je vous encourage à effectuer les calculs pour déterminer votre moment d'inertie, puis utiliser votre besoin d'accélération pour déterminer le couple dont vous aurez besoin. Il est très possible que le moteur que vous avez ne fonctionne pas du tout pour cela (c'est-à-dire que même lorsque la charge est à la vitesse requise, il nécessite plus de couple pour le maintenir en mouvement que ce que votre moteur peut vous donner en toute sécurité pendant 6 heures à la fois. ).

En outre, voici une note sur les puissances motrices. La plupart des fabricants de moteurs évaluent leurs moteurs en fonction de l'évolution de sa température interne par rapport à la température ambiante et du type d'isolation utilisé. Donc, pour un type d'isolation donné, le constructeur du moteur chargera le moteur de telle sorte que les enroulements du moteur montent (disons) 85$^{\circ}$C sur la température de l'air ambiant sur une longue période de temps. Le couple, le courant, la vitesse, etc. sur la plaque signalétique contiennent les données de ce test. Donc, si un moteur dit qu'il est évalué à 2 ampères, cela signifie que si vous le faites fonctionner à 2 ampères pendant de longues périodes (comme vous l'êtes à 6 heures), vous devez vous attendre à ce que les enroulements du moteur deviennent aussi chauds que l'isolation. est évalué pour. Cela signifie également que vous pourriez éventuellement surcharger le moteur pendant une courte période de temps tant que les enroulements du moteur ne deviennent pas plus chauds que cette température. Le problème pour vous est que vous ne savez pas quel type d'isolation est dans votre moteur et que vous n'avez probablement pas l'équipement de test pour déterminer correctement combien vous pourriez surcharger le moteur. Fondamentalement, tout ce que je dis, c'est que dessiner 4,5 ampères pendant une courte période (disons, 1 minute) n'est pas

Pourquoi ne lui a-t-on pas simplement dit d'utiliser une résistance? C'est ainsi que les ventilateurs des systèmes de climatisation des voitures sont limités en toute sécurité. Vous déterminez la valeur de résistance dont vous avez besoin pour transmettre la quantité de courant à une tension donnée. Cela empêchera le moteur de tirer plus de courant que ne le ferait la résistance.