Limitación de corriente para un motor DC

He estado buscando en Internet de vez en cuando durante más de un mes y ahora, y me temo que mi pregunta es tan básica que no puedo encontrar una respuesta. O he visto la respuesta y simplemente la reconozco. Todo lo que estoy tratando de hacer (en este momento) es alimentar un pequeño motor de CC que compré de Radio Shack desde un convertidor de CA / CC "wall wart". Tengo un interruptor de encendido / apagado. Y aunque sé lo suficiente como para conectar todo esto, no sé cómo alimentar el motor sin quemarlo.

El motor es el Motor Radio Shack Hi-Speed ​​9-18Vdc, # 2730256. Radio Shack no proporciona especificaciones con sus componentes, pero pude encontrar esto en línea: "¡El 12-18V dentro del 1.98A requiere. El motor está diseñado para funcionar a 1.98 AMPS MAX !!"

La primera fuente de alimentación que probé fue la verruga de la pared de una vieja computadora portátil con una clasificación de 19V 3.4A. Esto funcionó muy bien cuando el motor no tenía ninguna carga aplicada. Tiró de alrededor de 0.25 amperios. Sin embargo, cuando le puse una carga, el motor detuvo 4 amperios.

"No hay problema", sin embargo, simplemente compraré una fuente de alimentación más apropiada. En eBay si encuentra una fuente de alimentación de 18V 2A. ¡Perfecto! Cuando llegó eso, lo conecté, lo encendí y el motor extrajo 4,5 amperios.

Entonces ahora estoy perdido. Mi ingenua suposición era que una fuente de alimentación de 2 amperios no suministraría más de 2 amperios. ¿No es esto cierto o es la fuente de alimentación que compré basura?

O, ¿realmente necesito buscar algún tipo de circuito limitador de corriente que limite la corriente a poco menos de 2 amperios? Esto me permitiría devolver el suministro que compré y simplemente usar el que tenía. También protegería el motor de los picos de corriente. He tratado de leer sobre esto, pero cuanto más leo, más me confundo.

La aplicación que tengo en mente requerirá mucho torque, así que estoy tratando de mantener el suministro de corriente tan cerca de su máximo como sea seguro. Mi próximo paso será controlar la velocidad usando PWM con un temporizador 555 o una placa Arduino. Pero por ahora, estaría feliz de encenderlo y hacer que funcione durante 6 horas y no quemar el motor. ¿Cómo hago esto? ¿Cómo evito que el motor de CC tome más corriente de la que es saludable para él?

Lo importante es no sobrecalentar el motor ni ninguna de sus partes (bobinados, cepillos, cojinetes, etc.)

El calor en el motor proviene de la resistencia al cuadrado actual.

Si el motor tiene una potencia máxima de 1.95 amperios, entonces tiene tres opciones para evitar el sobrecalentamiento:

1. Asegúrese de que la carga nunca sea tan alta que el motor se detenga o se sobrecargue.
2. Asegúrese de que el voltaje sea tan bajo que la corriente a través de los devanados nunca sea más alta que la nominal.
3. Use un controlador de corriente para conducir el motor que pueda limitar la corriente al máximo dado. (Normalmente, la corriente promedio está limitada a través de PWM).

La razón por la que su "fuente de alimentación 2A" no hizo la limitación es que no se construyó con la "limitación de corriente continua" como característica. Existen fuentes de alimentación que tienen esta característica, pero generalmente son más caras, ya que generalmente es más difícil de construir que una fuente de alimentación ilimitada (que puede destruir al sobrecargarla) o una fuente de alimentación de limitación intermitente (que se apaga por completo en sobrecarga o sobrecalentamiento)

La clasificación de amperios para una fuente de alimentación generalmente es cuántos amperios puede entregar de forma segura, NO un límite o un número exacto, como la clasificación de voltaje. La razón es que no "empujas" los amplificadores a una carga; la carga "consume" amperios en función del voltaje que suministra y su construcción interna (resistencia, impedancia).

Mi recomendación para usted es obtener una fuente de alimentación de 12V / 2A y ver cuánta corriente se consume si detiene el motor. Si <2A, genial! Si> 2A, reduzca el voltaje aún más, hasta que la corriente consumida cuando esté detenida sea aceptable.

Si eso no es lo suficientemente bueno, obtenga una fuente de alimentación que le permita establecer un límite de corriente, donde la respuesta de esa fuente de alimentación es reducir el voltaje hasta que la corriente esté por debajo de ese límite. Puede comprarlos como "componentes" en lugares como Jameco o Digi-Key, o puede comprar una fuente de alimentación barata de 18V / 3A benctop de Amazon (que también vendrá con lecturas digitales útiles).

Los motores son bastante robustos y no necesita preocuparse por la diferencia entre, por ejemplo, 1.98 y 2A. Sin embargo, la sobrecorriente puede acortar la vida útil de un motor de dos maneras distintas:

1) A largo plazo, el motor puede sobrecalentarse. No es inusual que un motor con una capacidad nominal continua de 2 A tenga una intensidad nominal más alta a corto plazo, tal vez 4 A intermitente, para un máx. 10 minutos en cualquier media hora. La clave es mantener baja la temperatura del motor, ya sea limitando la corriente a 2 A, permitiendo que se enfríe o mejorando el enfriamiento, por ejemplo, con un ventilador.

2) Los motores de CC generalmente tienen escobillas, ya sea bloques de carbón o contactos metálicos que rozan el conmutador. Estos últimos son especialmente propensos al desgaste por fusión, ya sea por chispas o simplemente por una corriente demasiado alta. Las escobillas de carbón son más duras, pero también pueden desgastarse y sobrecalentarse. ¡En algunos motores son fácilmente reemplazables, lo cual es una forma de aumentar la vida útil de un motor de accionamiento duro!

En su caso, si desea 6 horas de ejecución continua, debe considerar el consumo actual a largo plazo.

Y eso realmente significa limitar el par en el motor.

Limitar la corriente solo detendría el motor cuando se excede el par, ¡eso puede sobrecalentar el motor más rápido si tiene un ventilador de enfriamiento interno!

Es mejor hacer funcionar el motor más rápido y reducirlo hasta que pueda suministrar el par que necesita sin una corriente excesiva.

Lo que debe hacer es determinar exactamente cuánto torque necesita para acelerar su disco a la velocidad a la que desea que gire y luego dimensione su motor adecuadamente. Este es un problema de física bastante simple y todo lo que necesita saber es el momento de inercia de su carga y qué tan rápido desea acelerarla. Para un objeto bastante simple como un disco grande, necesitará más torque para acelerarlo que para mantenerlo en movimiento.

La fórmula para el par es $\tau = I*\alpha$, dónde $\tau$ es torque $I$ es momento de inercia, y $\alpha$es la aceleración angular El momento de inercia para un disco es el mismo que para un cilindro,$I = \frac{1}{2} m*r^2$, dónde $m$ es la masa de tu disco y $r$ es el radio

Entonces, cuando enciende el motor, consumirá tanta corriente como sea posible para acelerar este disco. Si se le ocurre algún método para limitar la corriente a 2 amperios (que, para un motor dado, es equivalente a limitar el par a un cierto valor), eso es equivalente a limitar la aceleración de su carga ($\alpha = \frac{\tau}{I}$) Su otra opción sería limitar la rapidez con la que acelera la carga, lo que limitaría la cantidad de torque que necesita. Esto podría ser tan simple como aplicar lentamente más voltaje durante un período de tiempo en lugar de golpear el motor con 18 V instantáneamente. Como parece que planeas controlar la velocidad de todos modos, esto podría ser algo que quieras probar.

Y todo esto supone, por supuesto, que su motor está dimensionado correctamente. Le animo a que realice los cálculos para determinar su momento de inercia y luego use su requisito de aceleración para determinar el par que necesitará. Es muy posible que el motor que tiene no funcione para esto (es decir, incluso cuando la carga está a alta velocidad, requiere más torque para mantenerlo en movimiento de lo que su motor puede darle de manera segura durante 6 horas seguidas) )

Además, aquí hay una nota sobre las clasificaciones del motor. La mayoría de los fabricantes de motores califican sus motores en función de cómo cambia su temperatura interna con respecto a la temperatura ambiente y qué tipo de aislamiento utiliza. Entonces, para un tipo dado de aislamiento, el fabricante del motor cargará el motor de tal manera que los devanados del motor se eleven (digamos) 85$^{\circ}$C sobre la temperatura del aire ambiente durante un largo período de tiempo. El par, la corriente, la velocidad, etc. en la placa de datos contienen los datos de esa prueba. Entonces, si un motor dice que está clasificado para 2 amperios, eso significa que si lo hace funcionar a 2 amperios durante largos períodos de tiempo (como si estuvieras a 6 horas), entonces debes esperar que los devanados del motor se calienten tanto como el aislamiento está calificado para. También significa que posiblemente podría sobrecargar el motor por un corto período de tiempo siempre que los devanados del motor no se calienten más que esa temperatura. El problema para usted es que no sabe qué tipo de aislamiento hay en su motor y probablemente no tenga el equipo de prueba para determinar adecuadamente cuánto podría sobrecargar el motor. Básicamente, todo lo que digo es que dibujar 4.5 amperios por un corto período de tiempo (digamos, 1 minuto) no es

¿Por qué nadie le dijo que usara una resistencia? Así es como los ventiladores de los sistemas de aire acondicionado de los automóviles están limitados de forma segura. Usted determina qué valor de resistencia necesita para pasar la cantidad de corriente a un voltaje dado. Esto evitará que el motor atraiga más corriente de la que pasaría la resistencia.