¿Cómo puedo encontrar el rango de voltaje para un motor de CC desconocido?

Se trata principalmente de cuánta potencia puede disipar el motor de manera segura sin calentarse demasiado. Un problema secundario es que no quieres que el motor gire en exceso, pero generalmente es bastante obvio cuando llega tan lejos.

Sus medidas nos dan una idea, pero también sería útil saber el tamaño físico de este motor. Eso permite la primera estimación de la cantidad de vatios que puede disipar.

A 570 RPM (9.5 Hz) tienes 16 V de salida. La mayoría de los motores pueden hacer al menos 3600 RPM (60 Hz), así que veamos cómo funciona. A esa velocidad, la CEM trasera sería de 101 V según sus medidas. Si piensa que podría estar destinado a funcionar con 120 V CA rectificados, entonces veamos qué hace 170 V, ya que eso es lo que obtendría si hubiera un condensador después del rectificador. 170 V - 101 V = 69 V restantes para impulsar el motor a 3600 RPM. Eso entregaría 95 W al motor, que es mucho a menos que tenga al menos 6 pulgadas de ancho.

Mirémoslo de otra manera. Para que la EMF trasera sea de 170 V se necesitarían 6000 RPM (100 Hz). Esa sería la velocidad máxima absoluta. ¿Es eso plausible? Eso no está fuera de lugar para un motor DC, sin saber nada más sobre él. Por supuesto, en realidad nunca llegaría a ser tan rápido porque no quedaría EMF para conducirlo realmente, y no quedaría ningún torque para conducir cualquier otra cosa.

A 5000 RPM, tendrías 140 V de retorno EMF con 30 V restantes para impulsar el motor a 170 V, lo que tomaría 18 W. Eso podría ser bastante plausible si el motor es al menos del tamaño de un puño.

Un modelo simple para un motor de CC es \ $ V = R * i + e \ $, donde \ $ V \ $ es el voltaje del terminal, \ $ R \ $ es la resistencia del motor, y \ $ e \ $ es el voltaje de retroceso-emf.

R se puede medir como dije anteriormente en un comentario y lo repetiré aquí. La resistencia puede variar en un motor de CC debido al contacto del cepillo. La mejor manera de medir la resistencia es tomar varias medidas y promediar. Si es posible, bloquee el rotor y luego aplique una pequeña corriente a los terminales. Mida el voltaje y la corriente y calcule R = V / I. Normalmente, esta prueba se realizará con una corriente nominal del 25% aproximadamente. Repetir varias veces y media. También hay una prueba dinámica que puede dar incluso mejores resultados: haga lo mismo que acabo de decir, pero en lugar de bloquear el rotor, haga retroceder el motor. 50 RPM serían la velocidad suficiente para impulsar el rotor.

\ $ e \ $ se puede determinar a partir de \ $ e = K_b * \ omega \ $, donde \ $ K_b \ $ es la constante back-emf (unidades de V / (rad / seg) o V / RPM) y \ $ \ omega \ $ es la velocidad en las mismas unidades que \ $ K_b \ $.

Ya has encontrado \ $ K_b \ $. Es solo \ $ \ frac {16 V} {570 RPM} = 28.07 \ frac {V} {kRPM} = 0.268 \ frac {V} {rad / sec} \ $. Como lo mencionó alguien más, la constante de par de un motor es equivalente a la constante back-emf, por lo que \ $ K_t = 0.268 \ frac {Nm} {A} \ $.

En el rotor bloqueado, sabes que \ $ V = R * i \ $ porque \ $ e = 0 \ $. Si resuelve para \ $ i = \ frac {V} {R} \ $, puede encontrar la corriente cuando el rotor está bloqueado a diferentes voltajes. Y a partir de esa corriente, \ $ i \ $, puede resolver el par de rotor bloqueado a diferentes voltajes: \ $ T_ {lr} = K_t * i = K_t * \ frac {V} {R} \ $.

También puede determinar la velocidad máxima del motor a diferentes voltajes usando \ $ V = R * i + e \ $. Si asume \ $ i = 0 \ $ cuando no hay carga, esa ecuación se convierte en \ $ V = e \ $, que se convierte en \ $ V = K_b * \ omega \ $, que se convierte en \ $ \ omega = \ frac { V} {K_b} \ $.

Una vez que tenga el par de paro a diferentes voltajes y la velocidad máxima a voltajes diferentes, puede trazarlos en un gráfico con la velocidad en un eje y el par en el otro. Conecte las líneas y tendrá varias curvas de par de velocidad a diferentes voltajes.

Hay muchas suposiciones en lo que escribí anteriormente. Los 2 supuestos principales que debe tener en cuenta son 1) que el motor se mantiene relativamente frío (por lo que la resistencia no cambia) y 2) que la corriente sin carga es cero (en realidad no lo será).

Dependiendo de lo importante que sea para que funcione el motor después de la prueba y del equipo que tiene, puede aumentar lentamente el voltaje mientras se mantiene atento a la temperatura, la velocidad y la corriente. También puede incluir una carga mecánica de algún tipo y medir el torque, como un dinamómetro. El punto con el que te sientas cómodo depende de ti.

En cuanto a las fórmulas, depende mucho de la geometría y de cómo se enrolla el motor internamente. Es básicamente un conjunto de electroimanes que interactúan con un conjunto de imanes permanentes y se cambian mecánicamente en los momentos adecuados para que funcione en la misma dirección. Para una fuerza dada, puede hacer un electroimán de alta corriente, bajo voltaje o un electroimán de baja corriente y alto voltaje. Y ese es solo uno de muchos parámetros. Creo que es mejor que encuentres la hoja de especificaciones o hagas tus propios experimentos.

Suponiendo que es un motor de CC de imán permanente (y no un motor síncrono, de inducción o "universal"), su prueba de generador indica que Kv (constante de velocidad) es 3.73rad / s / V o 36rpm / Volt. Por lo tanto, en 120V debe hacer alrededor de 4300 rpm.

Para un motor PMDC, Kt (constante de par) es el inverso de Kv. 1 / 3.73 = 0.268N-m / A o 38 oz-in / A.

Con una resistencia de 50 & ohm; la corriente de bloqueo sería 120/50 = 2.4A, por lo que el par de bloqueo debería ser aproximadamente 0.268 * 2.4 = 0.643N-m o 91oz-in. Eso es mucho para un motor 'pequeño', por lo que sospecho que una de sus mediciones está fuera por un factor de 10. ¿Está seguro de que era 50 & ohm; ¿Y no 500 & ohm ;?

Aquí hay un típico motor de imán permanente pequeño diseñado para 120 VCC: -

DS-5512-120-6000

Rated voltage:   120VDC
No load speed:   6000±10% rpm
No load current: ≤60mA
Rated speed:     4800±10% rpm
Rated current:   ≤100mA
Rated torque:    120g.cm
Output power:    5.9W
Stall current:   ≥260mA
Stall torque:    ≥600g.cm
Weight:          200g