Resultado de corriente constante a través del motor de CC bajo diferentes cargas

Una corriente constante significa, para un motor ideal, un par constante. Esto es aproximadamente cierto para motores reales. No importa lo que conecte al motor o qué tan rápido esté girando.

Lo que parece que te falta es la segunda ley del movimiento de Newton . Establece que la fuerza es el producto de la masa y la aceleración:

La corriente constante que le suministras al motor es una fuerza. El peso se opone a esa fuerza. La diferencia es la fuerza neta,$F$en esta ecuación y$m$es la masa del peso, más la masa del rotor y la cuerda y todo lo demás que el motor debe mover.

Configuró la corriente que se enviará al motor para que el par aplicado sea de 10 in-lbs sin ninguna carga.

Imposible. No hay nada contra lo que el motor "haga torsión". Este es el equivalente mecánico de tratar de desarrollar 10 voltios en un cortocircuito total. El motor girará rápidamente a su velocidad máxima y la fuerza contraelectromotriz aumentará hasta alcanzar el voltaje de activación, de modo que la electrónica de control no podrá suministrar suficiente tensión por encima de la fuerza contraelectromotriz para generar suficiente corriente para tener tanto par.

Digamos que usted determina cuánta corriente se requiere para 10 in-lbs de torque, y maneja su motor con un suministro de corriente constante configurado para eso.

¿Qué sucede cuando el torque del peso/carga es de 5 in-lbs?

Suponiendo que el rotor y la cuerda no tienen masa ni fricción, el peso será acelerado hacia arriba por las 5 lb-pulg netas de torsión (las 10 lb-pulg del motor, menos las 5 lb-pulg del peso). La tasa de aceleración está determinada por la masa del peso y la ley de Newton anterior.

A medida que cambia la velocidad del motor (el peso se acelera), la fuerza contraelectromotriz también cambia. Su suministro de corriente constante al motor tendrá que aplicar un voltaje creciente para mantener la misma corriente. Por lo tanto, la energía eléctrica aumenta, al igual que la energía mecánica.

¿Qué sucede cuando el torque del peso/carga es de 10 in-lbs?

El par motor equilibra el par de peso. Por muy rápido que se mueva el peso (si es que lo hace), sigue haciéndolo. Se aplica la primera ley de Newton .

¿Qué sucede cuando el torque del peso/carga es de 15 in-lbs?

El peso acelerará hacia abajo, dominando el motor. Sin embargo, no será una caída libre. El motor cancela parte de la fuerza del peso, lo que resulta en una aceleración más lenta hacia abajo.

Si el peso supera al motor, eventualmente puede hacer que el motor funcione hacia atrás, en relación con la forma en que funcionaría si no hubiera carga. Cuando esto sucede, la fuerza contraelectromotriz ahora se suma (en lugar de restar) del voltaje que aplica al motor. En algún momento, su controlador, que intenta mantener una corriente constante, debe aplicar un voltaje negativo para mantener esa corriente. En otras palabras, el back-EMF es suficiente para crear el par necesario por sí solo: su controlador debe oponerse.

Esto es perfectamente simétrico con el primer caso, donde el motor dominaba el peso. En ese caso, la energía eléctrica y mecánica subió (sin límite, si los dejas). En este caso, la potencia eléctrica y mecánica bajan (negativas, si las dejas). La energía se conserva porque estás cambiando el potencial gravitacional del peso.

La necesidad de resistir la fuerza contraelectromotriz generalmente significa almacenar energía eléctrica en un capacitor o batería, o usarla para calentar una resistencia. Si no puede hacer esto lo suficientemente rápido, entonces el motor creará más torque que los 10 in-lb deseados, y ha alcanzado los límites de su controlador de "corriente constante".

Otras lecturas:

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Suponiendo que la electrónica de conmutación no tuviera problemas con los voltajes involucrados, un motor sin escobillas alimentado con una corriente constante se comportaría como un motor con escobillas y proporcionaría un par constante. Si la combinación de par debido al peso y la fricción fuera igual y opuesta al par producido por el motor, el motor giraría a velocidad constante. Habría una cierta caída de voltaje debido a la resistencia de CC (igual a la resistencia por la corriente), más una caída de voltaje adicional proporcional a la velocidad. Si el par del motor excediera el par debido al peso y la fricción, el motor aceleraría continuamente hasta que dejara de ser así; la caída de voltaje del motor aumentaría cuando esto ocurriera. La velocidad probablemente estaría limitada por la incapacidad del suministro (o de la electrónica) para suministrar corriente a voltajes más altos,

En el escenario donde el par motor más la fricción son insuficientes para evitar que el peso caiga, el peso aceleraría hacia abajo (o reduciría su velocidad hacia arriba, si la hubiera). Si el peso comenzó a moverse hacia arriba (debido a alguna fuerza externa o porque la corriente inicialmente había sido más alta), el motor agregaría energía al peso mientras continuara moviéndose hacia arriba. Entre el momento en que el peso comenzó a descender y el momento en que el voltaje producido por su velocidad fue igual a la pérdida de voltaje debido a la resistencia, el motor estaría "taponándose", una condición en la que el motor absorbe toda la potencia mecánica y eléctrica que entra en (a medida que el motor se acelera, la cantidad de potencia mecánica aumentaría y la potencia eléctrica disminuiría). Una vez que la velocidad alcanza el punto en que el voltaje en las terminales del motor sería cero,