Respuesta no lineal de par frente a velocidad para motores de CC

Tengo un motor de CC Faulhaber (modelo 1524T012SR) que acoplé a un motor de CC barato para caracterizar el motor barato para usarlo como generador (y obtener RPM y par a partir del voltaje y la corriente). El motor Faulhaber usa un controlador de movimiento (MCDC 3006S) que se compró con el motor hace años. Estoy usando el controlador de movimiento para pasar por varias velocidades del motor de 1000 a 9000 RPM.

Esperaba que la salida de corriente del motor Faulhaber fuera lineal para un cambio lineal en la velocidad, pero no lo es. La corriente aumenta hasta aproximadamente 2500 RPM y luego comienza a disminuir a medida que aumentan las RPM, similar a la respuesta de un motor paso a paso. El problema que tengo es que la hoja de datos proporcionada con el motor solo proporciona una constante de par única (11,5 mN-m/A), por lo que no tengo idea de cómo obtener el par real suministrado al motor acoplado.

¿Es este un problema causado por el uso del controlador de velocidad para el motor Faulhaber? ¿Qué puedo hacer para determinar la salida de par real del motor Faulhaber?

He aquí mi arreglo:ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí está la corriente consumida por el motor impulsor para un aumento lineal en la velocidad: (dice torque pero es solo la corriente multiplicada por Kt).ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Quizás un medidor de torque para un eje? google.com/…
También puede calibrar el motor Faulhaber para pares y velocidades conocidos y solo tomar datos en condiciones de estado estable. Un problema que enfrentará es que el otro motor es una carga variable
La idea detrás de hacerlo de esta manera era no gastar $3k+ en un sensor de torque rotatorio y solo usar el equipo existente, entendiendo que habría algunas imprecisiones involucradas. Dado que el motor Faulhaber ya proporciona una constante de par, ¿no debería estar más o menos "calibrado"? (Entiendo que esto no es exactamente cierto, pero estoy tratando de evitar todo el costo asociado con las mediciones de torque).
Entonces, si siguió la ruta calibrada, si conoce la velocidad, entonces conoce el par y la cantidad de potencia. La dinámica será un problema, pero si toma medidas en estado estable, entonces debería estar bien (la carga también debe ser constante), de lo contrario, tendrá que modelar la dinámica.
@CharlesCowie El voltaje para cada uno de estos puntos aumenta linealmente, como también esperaría para la corriente (que no es el caso). El controlador limita la corriente a 0.28A pero el pico aquí es solo 0.22A. Intenté aumentar los límites actuales en el controlador y no tuvo ningún efecto en la respuesta. Hay un conector de 6 cables entre el motor y el controlador, pero el motor tiene un codificador adicional en la parte posterior.
@ laptop2d Solo me preocupa el estado estable, por lo que no debería tener que preocuparme por la dinámica del sistema. Simplemente quiero poder determinar qué RPM y par está experimentando el motor impulsado en función del voltaje y la corriente cuando funciona a una velocidad constante. De esta manera, puedo usar motores baratos y no tener que comprar un montón de codificadores y otras cosas que serán costosas para las pruebas que estoy haciendo.
Los codificadores de eje @KyleJones cuestan 30 $ digikey.com/product-detail/en/AMT102-V/102-1307-ND/… Arudinos cuestan 15 o menos
@laptop2d Tengo más de 50 de estos motores que funcionarán simultáneamente y literalmente no tengo presupuesto. Mi sistema DAQ está limitado en la cantidad de canales que puedo monitorear, por lo que tengo que cambiar entre los motores para los diferentes casos de prueba. Comprar más equipo no es una opción.
@KyleJones El motor Faulhaber es una pérdida desconocida en su sistema, si puede relacionar la potencia de entrada con el par (podría realizar algunos experimentos) y su constante, entonces podría relacionar la potencia de entrada con la potencia mecánica. Mi sospecha es que esto no se puede hacer, creo que tendrá que medir la potencia mecánica de alguna manera, ya sea con velocidad o par. Es posible que pueda salirse con la suya usando solo la parte 'lineal' de la curva de 3000 a 7000. Si estuviera haciendo este tipo de cosas, estaría buscando una forma económica de medir RPM, los sensores de efecto Hall son realmente baratos .
@CharlesCowie Mis datos de RPM provienen del codificador que está montado en el motor impulsor. He calculado el par a partir de la velocidad y la potencia y siempre está disminuyendo al aumentar las RPM, como cabría esperar. ¿Es esto algo que el controlador está haciendo para optimizar su rendimiento? ¿Por qué obtendría un par diferente si lo baso solo en la corriente?
@ laptop2d Ya conozco las RPM porque hay un codificador montado en el motor impulsor. Debería poder "calibrar" el motor impulsado pasando por un montón de velocidades y midiendo el voltaje generado por el motor impulsor, ¿verdad? Todo lo que queda en ese punto es determinar qué par en el eje de entrada del motor accionado corresponde a qué corriente está generando...
"Esperaba que la salida de corriente del motor Faulhaber fuera lineal": ¿te refieres a la entrada de corriente al motor Faulhaber? ¿Dónde y cómo estás midiendo esta corriente?

Respuestas (3)

En el sitio web de Faulhaber hay disponible para descargar información muy extensa sobre el motor, incluidas definiciones de todas las constantes, ecuaciones de las relaciones entre las constantes y elementos de datos, etc. Un análisis completo de su configuración y los datos obtenidos probablemente lo explicarán todo. . Cada voltaje de motor aplicado crea una característica diferente de velocidad frente a par. Cada velocidad crea un voltaje de generador diferente. Cada voltaje del generador crea una carga de generador diferente. Cada carga del generador crea un par de motor diferente. Todo eso se puede calcular.

No es necesario controlar la corriente del motor Faulhaber. Para caracterizar el motor que se está utilizando como generador, es suficiente controlar la velocidad de conducción y la resistencia de carga.

Tenga en cuenta que la eficiencia del motor del motor Faulhaber es solo del 37,3 % a velocidad y carga nominales.

Velocidad nominal = 4130 RPM

Par nominal = 2,9 mNm

Potencia de salida mecánica = 4130 X 2,9 / 9549 = 1,25 vatios

Tensión nominal = 12 V

Corriente nominal = 0,28 A

Potencia de entrada eléctrica = 12 X 0,28 = 3,36 vatios

Pérdidas totales = 3,36 – 1,25 = 2,11 vatios

Resistencia del motor = 19,8 ohmios

Pérdidas a velocidad nominal y par:

Pérdida de cobre = 0,28^2 X 19,8 = 1,55 vatios

Par de fricción = 0,08 mNm

Pérdida por fricción = 0,08 X 4130 / 9549 = 0,035 vatios

2.11 – 1.55 – 0.04 = 0.52 Watts viento y otras pérdidas

Gracias Carlos Creo que el problema que estaba teniendo es que había asumido que la respuesta de par/velocidad sería lineal todo el tiempo, no solo para un voltaje determinado. Debería poder usar esta información que proporcionó para obtener las características del motor para lo que necesito.

Un motor de CC con escobillas tiene una corriente lineal frente a la curva de par. El límite superior de la curva es el par de parada y la corriente. El límite inferior es par cero, corriente cero. La pendiente de esta línea es la proporcionalidad de la corriente del motor al par (A/Nm), y se denomina constante de corriente. El recíproco de esta pendiente es la constante de par del motor (Nm/A).

La hoja de especificaciones del motor enumera el par de parada como 6,52 mNm y la constante de par como 11,5 mNm/A. A partir de esto, podemos calcular que la corriente de bloqueo es de 6,52 mNm/11,5 mNm/A o ~0,57 amperios. Puede confirmar esto experimentalmente bloqueando el rotor y midiendo la corriente.

Entonces, en resumen, simplemente mida la corriente del motor, multiplíquela por 11,5 mNm/A y tendrá los mNm de par desarrollados por el motor.

Si desea calcular RPM, mida primero la resistencia (R) del motor (tome varias lecturas, girando el eje cada vez, y tome el valor de lectura más frecuente). La hoja de especificaciones enumera esto como 19,8 ohmios. La constante Back-EMF, K e , para su motor se muestra como 1,21 mV/min -1 .

Ahora controle la corriente (I) y el voltaje (VO) del motor y calcule las RPM como:

RPM = ((VO - (I*R))*1000)/K e

Esto es esencialmente lo que estoy tratando de hacer. Me pregunto por qué la salida de par de mi motor impulsor aumenta con las RPM a velocidades más bajas y luego cambia a disminuir con el aumento de RPM a velocidades más altas.
Si usa las dos ecuaciones juntas, puede modelar la relación entre RPM y Torque. ¿Es esto lo que deseas hacer?
Su pregunta original era "¿Qué puedo hacer para determinar la salida de par real del motor Faulhaber?" Le respondí que mide la corriente de su motor en amperios y la multiplica por 11,5 para obtener el par en mNm. ¿Necesita ayuda con otros parámetros?

La corriente requerida por el motor impulsor no es necesariamente una función lineal de la velocidad.

La corriente que ingresa al motor de accionamiento depende del par que se le requiera, así como de otros factores. El par depende de su propia fricción, así como del par de salida para impulsar la carga. También se requerirá corriente para compensar las pérdidas eléctricas. Estos otros términos pueden no ser lineales con la velocidad.

Para determinar el par que absorbe el generador, primero trace una curva de la corriente del motor sin el generador conectado; esto le dará la corriente requerida solo para hacer girar el motor. Luego repita el experimento al conducir el generador. La diferencia de corriente debe ser una función del par para impulsar el generador.

Debe realizar la prueba con varias cargas en el generador a cada velocidad para obtener una característica completa.

Resta las parcelas sin carga de las que tienen carga. Eso representará la corriente adicional requerida para impulsar el generador. Multiplique esa corriente por su constante de torsión para obtener la torsión real requerida por el generador.

Me refiero a la entrada de corriente al motor impulsor. Esperaba que la corriente utilizada por el motor impulsor fuera lineal con un cambio lineal en el voltaje (velocidad). ¿No es eso correcto?
No, no necesariamente cierto.
Añadido en los diagramas para mayor claridad. ¿Dónde me equivoco en mi forma de pensar, entonces?
Tus diagramas no funcionan. Su suposición de que la corriente es proporcional a la velocidad es incorrecta. Back EMF es proporcional a la velocidad. La corriente es proporcional al par. El par no es proporcional a la velocidad.
No asumo que la corriente es proporcional a la velocidad. Solo quiero saber cómo se relaciona la corriente con el par para poder obtener una curva de par v velocidad para caracterizar el motor accionado.
Sigues diciendo que esperas que la corriente sea un cambio lineal de velocidad, luego dices que no estás asumiendo que la corriente es proporcional a la velocidad. La corriente es proporcional al par (aparte de los problemas del mundo real, como la saturación magnética, etc.). Describí cómo puedes obtener la curva que deseas.
El control de velocidad (retroalimentación) básicamente impulsa la corriente que se necesita para mantener la velocidad de referencia después de que el motor acelera. Y las pérdidas de par a velocidad constante son principalmente por fricción de los cojinetes y, en menor medida, pérdidas por efecto del viento (par de arrastre). Sin pérdidas (hablando hipotéticamente) se necesitaría corriente cero para mantener la velocidad una vez que acelere el eje. Entonces, lo que realmente está viendo en su gráfico es un gráfico de pérdida de par frente a velocidad. Se espera que sea no lineal.
Quizás un mejor enfoque sería servo a la corriente (apagar la retroalimentación de velocidad) si 'cree' en el par lineal 'constante' que proporciona el fabricante. De esa manera, controla el par y simplemente lee la velocidad que obtiene del sistema.
@docscience Desafortunadamente, el controlador no me permite controlar la corriente, solo el voltaje, la posición y la velocidad. Si pudiera controlar la salida actual, creo que este sería un problema mucho más fácil.
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