Qu'est-ce que le courant de calage et le courant libre des moteurs?

Quels sont le calage et les courants libres d'un moteur électrique? Par exemple, ce moteur Vex répertorie son calage et ses courants libres en bas de la page.

Je pense que je comprends l'idée générale, mais une description détaillée serait utile.

Réponse courte

• Le courant de calage est le courant maximal absorbé ¹ , lorsque le moteur applique son couple maximal, soit parce qu'il est empêché de se déplacer entièrement, soit parce qu'il ne peut plus accélérer compte tenu de la charge sous laquelle il se trouve.

• Le courant libre est le courant consommé lorsque le moteur tourne librement à vitesse maximale, sans charge ² autre que les forces de frottement et de contre-intensité dans le moteur lui-même.

^{1: Dans des conditions normales, c'est-à-dire qu'on ne demande pas au moteur de passer de la vitesse maximale dans un sens à la vitesse maximale dans l'autre .
2: Cela suppose que le moteur n'est pas entraîné par des forces externes .}

Longue réponse

Courant de décrochage

À partir de la page Wikipedia sur Stall Torque :

Le couple de décrochage est le couple qui est produit par un dispositif lorsque la vitesse de rotation de sortie est nulle. Cela peut également signifier que la charge de couple qui fait que la vitesse de rotation de sortie d'un appareil devient nulle - c'est-à-dire provoque un calage . Le calage est une condition lorsque le moteur cesse de tourner. Cette condition se produit lorsque le couple de charge est supérieur au couple de l'arbre du moteur, c'est-à-dire à la rupture du couple. Dans cette condition, le moteur tire le courant maximum mais le moteur ne tourne pas. Le courant est appelé courant de calage.

...

Moteurs électriques

Les moteurs électriques continuent de fournir un couple lorsqu'ils sont bloqués. Cependant, les moteurs électriques laissés à l'arrêt sont sujets à une surchauffe et à des dommages possibles car le courant circulant est maximum dans ces conditions.

Le couple maximal qu'un moteur électrique peut produire à long terme lorsqu'il est calé sans causer de dommages est appelé couple de décrochage continu maximal .

Ainsi de la spécification de ce moteur

Stall Torque:  8.6 in-lbs
Stall Current: 2.6 A

nous pouvons voir que si le moteur doit appliquer plus de 8,6 pouces-livres de couple, le moteur cessera de bouger (ou d'accélérer s'il travaille contre le frottement) et tirera le maximum de 2,6 A de courant.

Bien qu'il ne dise pas de quel type de moteur il s'agit, je m'attendrais à ce qu'il s'agisse d'un moteur électrique à courant continu brossé étant donné son interface à deux fils.

Lorsqu'un moteur à courant continu déchargé tourne, il génère une force électromotrice à écoulement vers l'arrière qui résiste au courant appliqué au moteur. Le courant dans le moteur diminue à mesure que la vitesse de rotation augmente, et un moteur à rotation libre a très peu de courant. Ce n'est que lorsqu'une charge est appliquée au moteur qui ralentit le rotor que le courant traversant le moteur augmente.

De la page wikipedia de Contre-force électromotrice :

En contrôle moteur et en robotique , le terme «Back-EMF» fait souvent référence à l'utilisation de la tension générée par un moteur en rotation pour déduire la vitesse de rotation du moteur.

Notez cependant, comme l' explique DrFriedParts , que ce n'est qu'une partie de l'histoire. Le couple de décrochage continu maximum peut être bien inférieur au couple maximum et donc au courant. Par exemple, si vous passez du couple maximal dans un sens au couple maximal dans l'autre. Dans ce cas, le courant tiré pourrait être le double du continu en cours de décrochage. Faites-le assez souvent, en dépassant le cycle de service du moteur et vous pourriez brûler votre moteur.

Courant libre

Encore une fois, en regardant la spécification:

Free Speed:     100 rpm
Free Current:   0.18 A

Ainsi, lorsqu'il fonctionne librement, sans charge, il accélérera rapidement jusqu'à 100 tr / min, où il ne tirera que 180 mA pour maintenir cette vitesse compte tenu du frottement et du retour de champ.

Encore une fois cependant, comme l' explique DrFriedParts , ce n'est également qu'une partie de l'histoire. Si le moteur est entraîné par une force externe (en fait une charge -ve), et donc que le moteur est transformé en générateur, le courant consommé peut être annulé par le courant généré par la force externe.

Le courant de décrochage est la quantité de courant que le moteur attirera lorsqu'il est bloqué, c'est-à-dire au point mort . Le courant libre est la quantité de courant qu'il consomme lorsque le moteur n'a pas de charge, c'est -à- dire qu'il est libre de tourner . Comme vous vous en doutez, plus le moteur est sollicité, plus il tirera de courant pour se déplacer; le courant de décrochage et le courant libre sont respectivement le maximum et le minimum.

À partir d'un démarrage arrêté, le moteur va d'abord s'approcher du courant de décrochage, puis tomber au courant nécessaire pour maintenir la vitesse à laquelle il fonctionne.

@Ian et @Mark offrent des réponses impressionnantes (et correctes). J'ajouterai un point supplémentaire pour être complet ...

Les concepteurs moins expérimentés semblent avoir tendance à supposer que le courant de décrochage et le courant libre correspondent aux courants maximum et minimum que le moteur pourrait rencontrer.

Ils ne le font pas.

Ce sont les valeurs nominales effectives . Vous pouvez dépasser ces limites dans des circonstances relativement courantes si vous ne faites pas attention.

Dépasser le minimum

Comme l'ont noté @Ian et @Mark. Le moteur peut se transformer en générateur (google "freinage régénératif") lorsqu'une source extérieure ou un événement provoque un déplacement plus rapide du moteur que son courant / tension appliqué. Par exemple, Ian descend une colline ou quelqu'un lance le moteur à la main.

Le courant dans ces situations peut non seulement être inférieur au courant libre, mais aussi devenir négatif (aller dans le sens opposé - agit comme une source plutôt qu'une charge).

Si vous y pensez du point de vue du travail (énergie), dites que vous poussez une boîte de vêtements dans un couloir. Cela ne prend pas beaucoup d'efforts pour le faire, mais si votre copain commence à pousser avec vous, même si peu d'efforts que vous dépensiez sont réduits. C'est le cas d'un moteur qui descend légèrement.

Dépassant le maximum

Une conséquence secondaire de la fonction de génération du moteur est qu'une fois qu'il prend de l'élan, il continue de convertir cette énergie en force électromotrice (tension) une fois que la puissance n'est plus appliquée.

Le cas intéressant est lorsque vous changez de direction. Si vous faites tourner le moteur vers l'avant, puis changez immédiatement de direction, la tension sur la bobine du moteur est momentanément environ le double de la tension d'alimentation précédente car le moteur-EMF arrière est maintenant en série avec l'alimentation. Il en résulte, comme prévu par la loi d'Ohm, un courant supérieur au courant de décrochage.

Solution pratique

Pour ces raisons, les circuits de commande de moteur bidirectionnels pratiques incluent des diodes de "roue libre" (D1-D4) sur la figure pour fournir un chemin de retour pour les courants liés à la FEM arrière et ainsi bloquer la tension à l'intérieur des rails d'alimentation + / - la tension de diode directe. Si vous construisez votre propre commande de moteur, vous devez également les inclure.

Toutes de très bonnes réponses, mais en tant que professeur de physique, je m'inquiète ici de certaines équivalences incorrectes qui ne peuvent que créer de la confusion.

Une forme [d'énergie] [1], par exemple [l'énergie potentielle chimique] [2], peut être convertie en d'autres formes d'énergie (par exemple [l'énergie potentielle électrique] [3], [l'énergie cinétique] [4], [l'énergie sonore ] [5], [énergie thermique] [6]). Dans le [système SI] [7], qui est de loin le plus facile à comprendre et le plus cohérent, l'énergie est une grandeur physique scalaire qui est mesurée en [joules] [8]. [Tension] [9] n'est pas la même chose que l'énergie. La tension est mesurée en [volts] [10]. Un volt est défini comme un joule par [coulomb] [11]. Par conséquent, l'énergie (mesurée en joules) ne peut jamais être convertie en volts (mesurée en joules par coulomb).

Les [forces électromotrices] [12] (CEM) de tout système électromécanique (dont le moteur électrique n'est qu'un exemple) sont mesurées en volts. Les [courants électriques] [13] sont mesurés en [ampères] [14]. [La charge électrique] [15] est mesurée en coulombs. Un coulomb est un ampère seconde, c'est-à-dire la charge qui passe au-delà d'un point dans un courant d'un ampère pendant une seconde.

Ce qu'il faut savoir pour tout système électromécanique, c'est [l'impédance électrique] [16] de la partie électrique du système, et [l'inertie] [17] ou [moment d'inertie] [18] de la partie mécanique du système . Il faut également connaître à tout moment le [couple] [19] externe net entraînant le système complet. (Lorsqu'il n'y a pas de couple en soi (car il n'y a pas de [moment] [20]), alors il suffit de connaître la [force] extérieure [21] nette agissant par le [centre de masse] [22]).

À tout moment, l'impédance électrique, Z, de tout système électrique est la racine carrée du carré de la [réactance électrique] du système [23], X, plus le carré de la [résistance électrique] du système [24], R. La réactance électrique du système est la différence entre la [réactance inductive] [25], X (L) et la [réactance capacitive] [26], X (C), où X = X (L) - X (C)

(NB, au départ, j'ai essayé de Wikilink chacun des vingt-six concepts clés dans ma réponse, mais le système m'a informé que je ne suis pas autorisé à inclure plus de deux liens jusqu'à ce que j'ai au moins dix points.)