制动直流有刷电机

如果在断开电源但仍然续流的情况下将直流电动机的端子短接在一起会怎样？

根据一些消息来源，它将使电动机制动。这是有道理的。但是他们也提到使用功率电阻器阵列，而不仅仅是短路端子。如果我将端子短接会怎样？

他们说的话...加/但：

当直流电动机的端子发生短路时，转子和任何附加的负载将迅速制动。“快速”取决于系统，但由于制动功率可能会稍微高于峰值电动机设计功率，因此制动通常会很重要。

在大多数情况下，如果发现有用的结果，这是可以做的事情。

制动功率约为I ^ 2R

• 其中I =电动机初始短路制动电流（见下文），以及

• R =形成的电路电阻，包括电动机转子电阻+接线+电刷电阻（如果有）+任何外部电阻。

施加短路可实现最大的电机制动，而无需施加外部反向EMF（某些系统会这样做）。许多紧急停止系统使用转子短路来实现“碰撞停止”。由此产生的电流可能会受到磁芯饱和的限制（在少数情况下，使用空心或非常大的气隙除外）。由于通常将电动机设计为合理有效地利用其磁性材料，因此通常会发现最大短路由于铁芯饱和而产生的电流不会大大超过最大额定设计工作电流。正如其他人指出的那样，您可能会遇到这样的情况，即所传递的能量不利于电动机的健康，但是除非您从备用电力机车获得电动机，否则您不太可能进行处理。

您可以使用以下方法“轻松执行此操作”。我已将1 ohm指定用于电流测量目的，但您可以使用任何适合的方法。

作为测试，请尝试使用例如1欧姆的电阻，并在用作电动机制动器时观察其两端的电压。电流= I = V / R或V / 1，所以I =V。功耗为I ^ R或1 ohm峰值功率，峰值安培平方（或1 ohm电阻的伏特平方，例如10A峰值电机）电流会暂时将100瓦转换为1欧姆，您经常可以在剩余存储中使用额定值为250瓦的功率电阻，而其总和却非常适中，即使是陶瓷的10瓦线绕电阻器也可以承受几秒钟其额定功率的许多倍。这些通常是绕线的，但是电感应足够低，以使其与本应用无关。

电阻器元件的另一个极好的来源是Nichrome或Constantan（=镍铜）或类似的导线-来自配电器，或者来自旧的电加热器元件。电加热元件线通常额定连续连续10安培（当它发出加热棒红色时）。您可以并行放置多股线以降低电阻。用常规方法很难焊接。有很多方法，但是“播放”的简单方法是将长度固定在拧紧的接线端子中。

可能是额定值正确的灯泡。测量其冷阻，并通过I = Watts_rated / Vrated确定其额定电流。请注意，耐热性将是耐热性的几倍至许多倍。当电流阶跃（或电流阶跃到电压阶跃）施加到灯泡时，灯泡最初将呈现其冷阻，然后随着温度升高而增加。根据可用的能量和灯泡的额定值，灯泡可能会发光到最高亮度或几乎不会闪烁。例如100瓦100 VAC白炽灯泡的额定功率为100瓦/ 110 VAC〜= 1安培。它的热阻约为R = V / I = 110/1 =〜100欧姆。可以测量其耐寒性，但可能在5至30欧姆范围内。如果说灯泡的初始功率是100瓦，它将迅速“变亮”。如果最初输入的功率为10瓦，则可能不会超过一线。灯泡工作的最佳分析将是通过两个通道的Vbulb和I灯泡数据记录器，然后绘制V＆I并求和VI乘积作为电动机制动器。小心操作示波器会给出一个合理的主意，使用两米长的示波器可能会非常好。

当风速对于转子而言太快时，某些小型风力涡轮机将转子短路用作超速制动器。当电动机不处于饱和状态时，功率输出大约以V x I或风（或转子）速度的平方上升。当电机磁饱和并变为接近恒定的电流源时，功率大约随转子速度或风速线性增加。但是，由于风能与三次方转子的速度成正比，因此很明显，将有一个最大转子速度，超过此速度输入能量将超过最大可用制动作用力。如果要依靠转子短路进行超速控制，那么您真的很想启动远低于输入/输出交叉速度的转子短路制动。否则，可能意味着突然的阵风将转子速度推到了临界极限之上，然后它会快乐地跑开。如果您不拥有它们，并且站在非常安全的地方，那么高速风中的失控风力涡轮机可能会很有趣。如果这两种方法都不适用，请使用大量的安全裕度。

可以如下半经验地确定制动曲线。

1. 这是困难的部分:-)。计算转子并加载存储的能量。这超出了此答案的范围，但属于标准教科书。影响因素包括旋转部件的质量和转动惯量。产生的存储能量将具有RPM ^ 2（可能）和其他一些因素。

2. 以各种速度旋转短路的转子，并确定给定RPM时的损耗。可以用测功机完成，但是一些电流测量和电路特性就足够了。请注意，转子将在制动时发热。这可能重要，也可能不重要。同样，已经运行了一段时间的电动机在制动之前可能具有较热的转子绕组。这些可能性需要包括在内。

3. 根据上述（更容易的）方法来编写解析方案，以编写一个交互式程序来确定速度/功率损耗曲线。像Excel电子表格这样的东西很容易做到这一点。可以更改时间步以观察结果。

为了发挥最大的安全性，可将电动机连接到1欧姆（例如）电阻器上，并使用外部驱动器（例如钻床，电池手钻（粗速控制）等）旋转。负载电阻器上的电压会产生电流。

您的电动机将作为发电机工作-所谓的“电制动”。该电路将由电动机线圈及其所连接的任何部分组成。电流将取决于该电路电阻。

由于线圈和其他组件顺序连接，因此电流在电路的所有部分均相等。如果您使电动机短路，则电阻将仅取决于线圈电阻。这可能会导致相当大的电流，这取决于确切的电动机设计及其在开始制动时的速度会加热电动机，从而导致线圈烧毁或熔化。考虑一下铁路火车-他们必须使用大型电阻器进行电制动，并且这些电阻会大量发热。

如果您使端子短路，则动能将散布在电动机部件上。

• 绕组将被加热
• 大电流将流过电刷并引起电弧
• 从长远来看，电刷会腐烂并在换向器环上产生导电灰尘
• 换向器环最终将成为永久性短路点，从而导致过电流
• 最终，电源开关，控制电动机将承受过大压力并发生故障（例如：晶体管）

顺便说一句。典型的正常电子再生中断包括很少的零件，例如68欧姆电阻，功率晶体管以及一些分压器和齐纳二极管。

考虑在电动机静止时施加全部电动机电压会发生什么情况。全电压将出现在电枢电阻两端，这将消耗最大功率。随着电动机转矩加速机械负载，电动机速度（因此反电动势）上升，电流（因此电枢中的功率）下降。最终，反电动势几乎等于输入电压，电枢耗散的功率达到空载水平。

现在考虑去除输入电压并使电枢短路。现在，整个反电动势都出现在电枢上，其耗散几乎与启动时一样。最终，电动机转矩降低了机械负载，并最终使电动机停止。

因此，在启动或停止时，电枢功率耗散随时间的变化曲线大致相同。因此，如果您的电动机在静止状态下施加全电动机电压后仍能幸存下来，那么在电枢全速短路的情况下也可以幸免。

正如Sharpothoth所说，在火车上，可以使用制动电阻器来释放负载功率，但不能完全施加电动机的全部电压。我不是最先进的火车设计专家，但在旧的伦敦地铁火车上，镇流电阻与电枢串联，随着火车速度的提高逐渐关闭。

可以将典型的有刷电动机合理地建模为与电阻器和电感器串联的理想电动机。理想的电动机在电气上会表现为零电阻电压电源/钳位（能够提供或吸收功率），其极性和电压是转速的恒定倍数。它将产生扭矩转换为电流，反之亦然，扭矩是电流的恒定倍数。要找出制动行为，只需在失速时使用与电机直流电阻相等的电阻即可；电感可以忽略不计，除非有人试图快速打开和关闭电动机电流（例如使用PWM驱动器）。

短路电动机的引线会使电流流过等于开路电压（在当前速度下）与电阻之比。这将导致制动转矩的大小与在电动机停转时从外部施加该电压时产生的转矩大致相等；它也将在电动机绕组中消耗与失速情况相同的功率。