¿Cómo encuentro 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 desea que el motor gire demasiado, 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 adivinar en el primer paso cuántos vatios puede disipar.

A 570 RPM (9,5 Hz) tienes 16 V de salida. La mayoría de los motores pueden funcionar al menos a 3600 RPM (60 Hz), así que veamos cómo funciona. A esa velocidad, la EMF trasera sería de 101 V según sus medidas. Si cree que podría estar destinado a funcionar con 120 V CA rectificados, veamos qué hace 170 V, ya que eso es lo que obtendría si hay un condensador después del rectificador. 170 V - 101 V = 69 V sobrantes para accionar el motor a 3600 RPM. Eso entregaría 95 W al motor, que es mucho a menos que tenga al menos 6 pulgadas de ancho.

Veámoslo de otra manera. Para que el EMF posterior sea de 170 V, se requieren 6000 RPM (100 Hz). Esa sería la velocidad máxima absoluta. ¿Es eso plausible? Eso no está fuera de lugar para un motor de CC, sin saber nada más al respecto. Por supuesto, en realidad nunca sería tan rápido porque no quedaría EMF para impulsarlo, y no quedaría torque para impulsar cualquier otra cosa.

A 5000 RPM, tendría 140 V de EMF con 30 V sobrantes para impulsar el motor a 170 V, lo que requeriría 18 W. Eso podría ser bastante plausible si el motor tiene al menos el tamaño de un puño.

Un modelo simple para un motor DC es$V= R*i + e$, donde$V$es el voltaje terminal,$R$es la resistencia del motor, y$e$es el voltaje de la fuerza contraelectromotriz.

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 de las escobillas. 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. Por lo general, esta prueba se realizará a ~25% de la corriente nominal. Repetir varias veces y media. También hay una prueba dinámica que puede dar resultados aún mejores: haga lo mismo que acabo de decir, pero en lugar de bloquear el rotor, haga retroceder el motor. 50 RPM sería una velocidad suficiente para hacer retroceder el rotor.

$e$se puede determinar a partir de$e = K_b* \omega$, donde$K_b$es la constante de fuerza contraelectromotriz (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 sólo$\frac{16 V}{570 RPM} = 28.07 \frac{V}{kRPM} = 0.268 \frac{V}{rad/sec}$. Como alguien más mencionó, la constante de par de un motor es equivalente a la constante de back-emf, por lo que$K_t = 0.268 \frac{Nm}{A}$.

En rotor bloqueado, sabes que$V = R*i$porque$e=0$. Si resuelves para$i = \frac{V}{R}$, puede encontrar la corriente cuando el rotor está bloqueado a diferentes voltajes. Y 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 asumes$i=0$cuando no hay carga, esa ecuación se convierte en$V=e$, que se convierte$V= K_b* \omega$, que se convierte$\omega = \frac{V}{K_b}$.

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

Hay muchas suposiciones en lo que escribí anteriormente. Las 2 suposiciones 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 cuán crítico sea que el motor funcione después de la prueba y qué equipo tenga, puede aumentar lentamente el voltaje mientras vigila la temperatura, la velocidad y la corriente. También puede incluir una carga mecánica de algún tipo y medir el par, 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 esté enrollado internamente el motor. Es básicamente un conjunto de electroimanes que interactúan con un conjunto de imanes permanentes y se activan mecánicamente en los momentos apropiados para mantenerlo funcionando en la misma dirección. Para una fuerza dada, puede hacer un electroimán de alta corriente y bajo voltaje o un electroimán de baja corriente y alto voltaje. Y ese es sólo uno de muchos parámetros. Creo que es mejor encontrar la hoja de especificaciones o hacer sus propios experimentos.

Suponiendo que se trata de un motor de CC de imán permanente (y no un motor síncrono, de inducción o 'universal'), la prueba de su generador indica que el Kv (constante de velocidad) es 3,73 rad/s/V o 36 rpm/voltio. Por lo tanto, con 120 V, debería funcionar alrededor de 4300 rpm.

Para un motor PMDC, Kt (constante de par) es la inversa de Kv. 1/3,73 = 0,268 Nm/A o 38 oz-in/A.

Con una resistencia de 50 Ω, la corriente de bloqueo sería 120/50 = 2,4 A, por lo que el par de bloqueo debería ser de aproximadamente 0,268*2,4 = 0,643 Nm o 91 oz-in. Eso es mucho para un motor 'pequeño', así que sospecho que una de sus medidas está fuera por un factor de 10. ¿Está seguro de que era 50 Ω y no 500 Ω?

Aquí hay un pequeño motor de imán permanente típico 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