Relation couple / vitesse dans un moteur à courant continu

8

J'ai un doute conceptuel sur la relation couple-vitesse dans un moteur à courant continu. C'est probablement une lacune dans ma pensée, mais je poste quand même cette question.

Le couple et la vitesse dans un moteur à courant continu seraient inversement proportionnels. Mais une augmentation du couple n'entraîne-t-elle pas une augmentation de l'accélération angulaire et, par conséquent, de la vitesse angulaire?

Je sais que le dos EMF / contre-EMF est responsable de la relation inverse mais cela me semble contre-intuitif. Qu'advient-il de l'accélération angulaire, de la vitesse angulaire lorsque le couple augmente et où va tout ce travail?

dc-motor speed torque back-emf Vineet Kaushik
la source

11

Sur le plan conceptuel, vous devez y penser légèrement différemment. La façon dont je pense que vous pensez à cela est un peu comme le couple dans un véhicule. Une voiture avec plus de couple va accélérer plus vite et est associée à une augmentation de vitesse. En d'autres termes, vous appuyez sur la pédale d'accélérateur pour augmenter la vitesse et vous avez besoin d'un couple pour le faire.

Cependant, lorsque vous parlez de la relation entre la vitesse et le couple d'un moteur à courant continu, vous devez y penser différemment. Pour un moteur donné avec une tension d'entrée constante, la vitesse du moteur va être déterminée par la charge sur l'arbre du moteur. Pour une charge donnée, le seul moyen d'augmenter la vitesse est d'augmenter la tension. Et cette augmentation de vitesse nécessitera un peu plus de couple pour accélérer, mais après avoir atteint sa nouvelle vitesse, le couple reviendra à son couple d'origine (à moins, bien sûr, que la charge dépend de la vitesse - comme dans un ventilateur).

Alors peut-être une meilleure façon d'y penser est au lieu de dire "Le couple et la vitesse dans un moteur à courant continu sont censés être inversement proportionnels" vous dites " Pour une tension donnée , le couple et la vitesse dans un moteur à courant continu sont censés être inversement proportionnel." Une courbe de couple de vitesse que vous voyez sur les fiches de données est uniquement valable pour la tension nominale et le moteur fonctionnera sur cette courbe. Donc, si le couple augmente, la vitesse suivra cette courbe et descendra.

Eric
la source

1

Juste un petit exemple. Imaginez un moteur à courant continu entraînant un convoyeur à bande sous une tension constante. Qu'est-ce qu'il peut transporter plus rapidement, une charge de 1 kg ou une charge de 100 kg? Bien sûr, 1 kg, car il nécessite moins de couple, il est facile pour le moteur et peut aller avec des régimes plus élevés. Lorsqu'il transporte une charge de 100 kg, il a besoin de plus de couple, il est plus difficile pour le moteur et il va avec un régime plus bas. Le couple n'augmente donc pas en fonction de la tension d'entrée, mais il est augmenté car la charge nécessite ce couple minimum, donc le moteur à courant continu sacrifie la vitesse pour obtenir ce couple.

Farrukh

Exact. En outre, on peut considérer le moteur à courant continu comme un moteur avec un régulateur de charge intégré, c'est l'importance de la FEM arrière, il change avec la vitesse de sorte que le courant absorbé répond au besoin de couple de charge, d les changements dynamiques de vitesse se stabilisent à un point stable sur courbe de vitesse de couple, de sorte que le couple du moteur soit égal au couple de charge, puis que le moteur fonctionne à la vitesse correspondante. Le point de vitesse de fonctionnement à ce couple (pour une tension donnée et d'autres paramètres) est fixe et peut être modifié en modifiant convenablement les caractéristiques du couple de vitesse.Alors, ne mettez pas de couple supplémentaire, au lieu de conduire une charge supplémentaire, donc moins de vitesse

Deep

4

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Il s'agit d'une approximation en régime permanent d'un moteur à courant continu qui fonctionne assez bien avec certains types de moteurs à courant continu (voir le commentaire de supercat). Depuis l'état stationnaire, l'inductance d'induit est négligée. Nous avons les éléments suivants: et les équations suivantes s'appliquent: $L_a$

\begin{aligned} V & = input dc voltage \\ R_{a} & = armature resistance \\ E_{b} & = back-e.m.f \\ ω & = angular rotational frequency of shaft = \frac{2 π \cdot speed}{60} \\ I_{a} & = armature current \\ K_{e} & = back-e.m.f constant \\ K_{T} & = torque constant \\ T & = shaft torque \end{aligned}

$\begin{align} V &= \text{input dc voltage}\\ R_a &= \text{armature resistance}\\ E_b &=\text{back-e.m.f}\\ \omega &= \text{angular rotational frequency of shaft} \ =\frac{2\pi \cdot \text{speed}}{60}\\ I_a &= \text{armature current}\\ K_e &= \text{back-e.m.f constant}\\ K_T &= \text{torque constant}\\ T &= \text{shaft torque} \end{align}$

\begin{aligned} E_{b} & = K_{e} \cdot ω . . . (1) \\ T & = K_{T} \cdot I_{a} . . . (2) \\ E_{b} & = V - I_{a} R_{a} . . . (3) (obtained from equivalent circuit shown) \\ from the above 3 equations, \\ T & = \frac{K_{T} V}{R_{a}} - \frac{K_{e} K_{T} ω}{R_{a}} \end{aligned}

$\begin{align} E_b &=K_e \cdot \omega ...(1) \\ T &= K_T\cdot I_a ...(2) \\ E_b &= V-I_a R_a ...(3) (\text{obtained from equivalent circuit shown})\\ \text{from the above 3 equations,} \\ T&=\frac{K_T V}{R_a}-\frac{K_e K_T \ \omega}{R_a} \end{align}$

L'équation reliant le couple et la vitesse (ou la fréquence) est représentée ci-dessous, montrant clairement que le couple est inversement proportionnel à la vitesse: entrez la description de l'image ici

K. Rmth
la source

Les autres réponses répondent amplement à votre doute conceptuel. Ma réponse se concentre uniquement sur la relation couple-vitesse.

K. Rmth

Je ne pense pas que ce soit une bonne approximation pour les moteurs bobinés en série uniquement si le courant est fixe, ou pour les moteurs bobinés shunt uniquement si la tension est fixe. Sinon, le couple "constant" du moteur dépendra du courant d'induit, qui dépendra à son tour de la chute de tension du rotor, qui dépendra à son tour du couple [non] constant. Notez qu'un moteur bobiné en série entraîné avec une tension constante fonctionnerait infiniment rapide en l'absence de frottement mécanique ou de charge (malgré la présence de résistance électrique!)

supercat

@supercat oui, ma mauvaise puisque j'avais l'habitude de travailler avec ce type de circuit équivalent et pour les moteurs que vous avez mentionnés, en supposant que le moteur fonctionne dans une gamme où les variations sont négligeables. J'ai modifié ma réponse suite à votre commentaire.

K. Rmth

Que se passe-t-il si vous alimentez le moteur à partir d'une source de courant constant au lieu de la source de tension habituelle?

richard1941

3

Pour une puissance constante délivrée à la charge mécanique, le couple et la vitesse multipliés ensemble est une constante. C'est la définition de base du pouvoir, c'est-à-dire

Puissance = où n est le régime par seconde et T est le couple. $2\pi n T$

Une augmentation du couple (et par augmentation du couple, je veux dire la force angulaire produite lorsque la charge mécanique augmente) produit naturellement un ralentissement de l'armature si la puissance est constante.

Cependant, "moteur à courant continu" pourrait signifier n'importe quoi et bon nombre de moteurs auront des enroulements de champ qui présentent des effets de type "puissance constante" tandis que d'autres (avec des enroulements de champ différents) fonctionneront comme régulateurs de vitesse constante et donc pour une augmentation du couple (due à la charge), la vitesse reste presque constante.

D'autres types de moteurs à courant continu peuvent avoir des contrôleurs électroniques qui font de même; ils détectent le courant et au fur et à mesure qu'il augmente, ils augmentent la tension continue vers l'armature, ce qui peut atteindre une vitesse presque constante.

Je pense que vous confondez le vrai couple avec la capacité (ou le potentiel) de fournir un vrai couple. Sans charge mécanique, le couple n'a pas de sens, à l'exception des pertes mécaniques dans le moteur.

Andy aka
la source

0

La règle générale avec les machines CC brossées est

Courant ~ = Couple

Tension ~ = (angulaire) Vitesse

(pour être honnête, presque toutes les machines suivent ce type de processus, mais cela devient de moins en moins proportionnel et plus "en quelque sorte lié", par exemple freq)

Vous avez deux constantes (genre de constantes) en ce qui concerne les machines électriques

Kt & Ke

Ke est la constante de tension à borne ouverte avec les unités: Volts / w. Cela produit un BackEMF

Kt est la constante de couple avec les unités: Nm / A

en théorie Ke == Kt, mais Kt est effectué par les caractéristiques du fer (d'où pourquoi deux existent).

La raison pour laquelle le couple et la vitesse seraient inversement proportionnels est que la capacité à générer un couple diminue avec l'augmentation de la vitesse.

La raison en est que le BackEMF s'oppose à l'alimentation qui tente de forcer le courant dans le stator, ce qui générera un couple EM.

Vous avez raison de dire que pour une certaine application de couple, une certaine accélération sera générée en fonction de l'inertie du rotor et de l'inertie de la charge, MAIS ce couple sera également réduit avec une vitesse accrue (enroulement, roulements, etc.). Ainsi, entre une capacité décroissante de forcer le courant dans une machine à une vitesse accrue et des pertes accrues à une vitesse plus élevée, le taux d'accélération diminuera jusqu'à ce que la vitesse finale ne soit pas atteinte (ou une certaine vitesse chargée par rapport au couple de charge et au couple généré). )

JonRB
la source

0

Je suis d'accord que l'augmentation du couple augmentera certainement l'accélération angulaire, mais cela ne signifie pas que la vitesse augmentera toujours en augmentant le couple ou l'accélération.Pour augmenter la vitesse, le couple doit être positif (dans le sens de la vitesse angulaire), pas nécessairement augmenter. supposons une vitesse angulaire = + 50 rad / sec Eg1: couple1 = +5 Nm, couple2 = +10 vitesse augmentant les deux cas. Eg2: couple1 = + 5 Nm, couple2 = +3 la vitesse continue d'augmenter même après une diminution du couple mais certainement avec une cadence moindre.

Ex3: couple1 = -5 Nm, couple2 = -10 vitesse diminuant les deux cas. Ex4: couple1 = -5 Nm, couple2 = -3 la vitesse continue de diminuer même après avoir augmenté le couple mais certainement avec un taux moindre.

Dans tous les exemples, la vitesse angulaire est supposée positive.

Je pense donc que vous avez des doutes sur la dynamique de base et non sur la machine.

user155331
la source

0

Toute réponse qui semble nier l'accélération est proportionnelle au couple ou que la puissance n'est pas proportionnelle à la vitesse est tout simplement absurde. Il y a ici des réponses qui semblent le nier mais qui sont habillées dans un langage sophistiqué (= fausse sagesse). Alors soyons clairs. Si vous augmentez le couple, vous augmentez la vitesse SAUF si vous augmentez la charge. La chose importante à retenir est qu'avec les moteurs électriques il y a un back-EMF (un moteur est aussi un générateur) qui augmente avec la vitesse et qui limite la tension effective et donc le courant et donc le couple. Mais plus de couple? Plus vite. Réf Isaac Newton.

Paul B
la source

Plus de couple moteur -> Plus de vitesse. Mais Plus de couple de charge et une puissance constante -> Moins de vitesse. Mais bon, c'est du moteur DC, il "règle" toujours le couple de l'arbre pour qu'il soit égal au couple de charge! Contrairement aux moteurs dieael dans lesquels vous pouvez "mettre" plus de puissance (en contrôlant le jet diesel) pour obtenir plus de puissance, ces machines à courant continu fonctionnent en principe qui ont une sorte de mécanisme de régulation de charge automatique, donc vous ne pouvez pas mettre de puissance supplémentaire, eh bien pas sans dispositions supplémentaires pour changer la puissance requise ...

Deep

0

La façon dont je pense que, comme pour le fonctionnement en régime permanent, le couple de charge doit être égal au couple du moteur, maintenant si la charge est augmentée pour le moteur à courant continu (shunt), le courant augmentera. Maintenant, d'une autre manière, vous pouvez dire si le courant consommé augmente le couple moteur augmente. Maintenant, à mesure que la charge augmente, la vitesse du moteur diminue et se stabilise à une vitesse inférieure à la valeur précédente, et donc vous pouvez dire que lorsque la charge augmente, le courant consommé augmente mais la vitesse diminue. Ainsi, vous pouvez conclure que lorsque la charge (couple de charge) augmente → le couple moteur augmente mais en même temps la vitesse diminue lorsque le couple de charge devient supérieur au couple moteur.

G93
la source

Relation couple / vitesse dans un moteur à courant continu

Réponses: