Чому безщіткові мотори мають рейтинг kv?

Мені цікаво, чому безщіткові двигуни, наприклад, які використовуються для квадроциклів, мають кВ, що нібито означає об / хв на напругу в двигуні. Таким чином, мотор потужністю 2300 кВ крутиться при 2300 об / хв, якщо на нього подається "1 вольт".

Частка в дужках для мене не має сенсу. ESC генерує 3-фазний струм змінного струму. І з того, що я розумію, частота сигналу змінного струму повністю визначає швидкість двигуна, а амплітуда (пікова напруга мінус напруга корита) форми хвилі є більш-менш постійною. Мені здається, що напруга насправді не має нічого спільного з визначенням швидкості безщіткового двигуна.

Вихідний момент обертаючого електродвигуна прямо пропорційний струму двигуна (не напрузі!), А струм (I) приблизно дорівнює

Де V - напруга живлення двигуна, R - опір обмотки, а ε - зворотно-електрорушійна сила (задня ЕРС).

КВ і назад ЕРС

Задня ЕРС - це напруга, яка буде присутня на клеммах двигуна, коли мотор крутиться, не підключаючись до нього нічого. Ця напруга виробляється двигуном, який виконує роль генератора, якщо ви хочете, і прямо пропорційний швидкості обертання. Рейтинг KV - це не що інше, як інший спосіб встановити залежність між швидкістю обертання та зворотною ЕРС (KV ≈ RPM / ε). Це обмежує максимальну швидкість двигуна при будь-якій заданій напрузі акумулятора, оскільки при деякій швидкості, залежній від КВ, зворотний ЕРС буде "скасовувати" напругу акумулятора. Це запобігає надходженню більше двигуна до двигуна і, таким чином, зменшує крутний момент до нуля.

При першому включенні мотора швидкість дорівнює нулю. Це означає, що задня ЕРС також дорівнює нулю, тому єдиним, що обмежує струм двигуна, є опір обмотки та напруга живлення. Якщо контролер двигуна (ESC) повинен був виводити на двигун повну напругу акумулятора при низьких швидкостях, мотор та / або ESC просто розплавляться.

Напруга, частота, дросель і швидкість

У схемах безщіткового управління двигуном із замкнутим циклом швидкість двигуна (від якої є вихідна частота) безпосередньо не регулюється. Дросель замість цього регулює вихідну напругу, а ESC постійно регулює вихідну частоту у відповідь на зсув фази між кутом ротора та формою хвилі приводу. Фаза заднього ЕРС повідомляє безчутливим ЕЦП безпосередньо поточний кут обертання ротора, тоді як сенсовані ЕРС використовують датчики ефекту Холла з тією ж метою.

Робити навпаки (встановлення частоти безпосередньо та керування напругою у відповідь на виміряний фазовий зсув) стане точним актом балансування:

• Установлення напруги занадто низьке дозволило б надто мало текти струму, обмежуючи крутний момент. Якщо крутний момент падає, але навантаження залишається постійною, мотор повинен сповільнитись, що призводить до негайної втрати синхронізації.

• Занадто велика напруга може призвести до надмірного струму, марно витрачаючи потужність і нагріваючи двигун та ESC без необхідності.

Таким чином, оптимальна точка ККД нестабільна при керуванні "частотою першої". Цикл керування може тримати його близько, але якщо ESC не зможе досить швидко реагувати на навантаження, тимчасова втрата синхронізації відбудеться. Це не стосується керування "спочатку напруга", коли перехідне навантаження просто спричинить миттєве зниження швидкості без поганих наслідків.

ESC, які використовуються в колективних крокових вертольотах RC, часто мають функцію "губернатор", яка підтримує фіксовану швидкість двигуна, пропорційну налаштуванню дроселя. Навіть ці ESC фактично не керують частотою безпосередньо, замість цього реалізують PID-контролер, який встановлює напругу у відповідь на різницю між бажаною та фактичною частотою.

ESC "терміни"

Настройка моменту синхронізації електромобілів регулює задану величину цього механічного електричного фазового зсуву: високий час означає, що вихід ESC призводить до відчуваного положення ротора, наприклад, на 25 градусів, тоді як при низьких термінах цей зсув фази зберігається набагато ближче до нуля. Високі параметри синхронізації дають більше енергії менш ефективно.

Крутний момент

Звичайні RC ESC не можуть здійснювати постійний контроль крутного моменту або обмеження крутного моменту, оскільки їм не вистачає схеми зондування струму як міра економії витрат та ваги. Вихідний момент не контролюється жодним чином; мотор просто створює стільки крутного моменту (і притягує пропорційно стільки струму), скільки потребує навантаження при заданій швидкості. Щоб запобігти швидким ударам дросельної заслінки від перевантаження ESC, акумулятора та / або двигуна (оскільки подолання інерції створює потенційно необмежений крутний момент), ESC зазвичай мають обмеження на прискорення і напругу на заданій частоті.

Гальмування

Якщо двигун постійно крутиться зовнішніми засобами при зниженні напруги, з часом задня ЕРС стане більшою, ніж рівень, який намагається керувати ESC. Це викликає негативний струм і гальмує мотор. Вироблена таким чином електроенергія або розсіюється в котушках двигуна, або подається назад в джерело живлення / акумулятор, залежно від режиму розпаду ШІМ .

ESC генерує 3-фазний струм змінного струму. І з того, що я розумію, частота сигналу змінного струму повністю визначає швидкість двигуна, а амплітуда (пікова напруга мінус напруга корита) форми хвилі є більш-менш постійною. Мені здається, що напруга насправді не має нічого спільного з визначенням швидкості безщіткового двигуна.

Вибачте, але це все неправильно. Двигуни, що використовуються в квадрокоптерах, - це безщіткові двигуни постійного струму (BLDC), які еквівалентні щітковому двигуну постійного струму, але мають електронну комутацію.

Швидкість двигуна визначається напругою ('back-emf'), яку двигун генерує під час обертання, а не частотою комутації (яка повинна дотримуватися в кроці блокування при обертанні двигуна або він не обертається). Двигуни BLDC мають постійні магніти, тому зворотний випромінювання прямо пропорційний об / хв. Back-emf дорівнює застосованій напрузі мінус падіння напруги через опір обмотки та індуктивність, і мотор буде прискорюватись чи сповільнюватись, коли він подає струм, необхідний для отримання крутного моменту, поглиненого навантаженням - точно таким же, як і щіточний постійний двигун постійного струму.

ESC контролює швидкість обертання двигуна, змінюючи напругу, подану на нього. Зазвичай це робиться з ШІМ, тому пікова напруга завжди дорівнює напрузі акумулятора, але середня напруга (на яке відповідає двигун) змінюється залежно від співвідношення ШІМ / вимкнення. ESC виробляє будь-яку частоту комутації, якою вимагає двигун, подібно до того, як арматура в щіточному двигуні змушує комутатор перемикатися на потрібній йому частоті.

Таким чином, прикладена напруга має все спільне з швидкістю обертання двигуна. Ось чому ці двигуни мають показник Kv - це важливий параметр для визначення того, які оберти можна досягти при конкретній напрузі. Оскільки потужність, що поглинається гвинтом, пропорційна 3-й потужності об / хв і 4-й потужності діаметра опори, Kv є критичним параметром при узгодженні компонентів квадрокоптера.

Зазначене значення Kv повинно бути теоретичним об / хв при 1 В, коли мотор не проводить струму. Однак зазвичай це обчислюється шляхом простого ділення вимірюваних обертів навантаження без навантаження на прикладене напруга, що дає дещо нижче (неправильне) значення. І так само, як швидкість зачищеного двигуна може бути збільшена за допомогою просування кистей, так безщітковий ESC може збільшити ефективний Kv двигуна BLDC шляхом просування за часом комутації. Додайте при виробництві допуски і низький контроль якості, і це не зазвичай для двигуна фактичний КВ на 20% вище або нижче його технічних характеристик.

Двигуни, призначені для інших цілей, часто не мають КВ, оскільки це не вважається таким важливим. Однак, як правило, забезпечується обертання без навантаження при номінальній напрузі, з якого можна отримати КВ. Також може бути вказана константа крутного моменту двигуна (Кт). Kv - обернена Кт.

Чому безщіткові мотори мають рейтинг kv?

"kv-рейтинг" не має нічого спільного з очікуваним моментом, струмом, потужністю, тягою, підйомом або перетягуванням

• Виняток - відносний крутний момент, який може змінюватися залежно від кількості магнітів і кількості обмоток статора на оберт. Отже, в певному сенсі, двигуни однакових розмірів з відносно більшими значеннями kv створюються для більшої швидкості і менше підйому.

Він заснований на кількості магнітів, кількості обмоток статора за обертання, кількості фаз на полюс і не вказує на потужність.

Це саме швидкість обертання, яка генерує задню напругу ЕРС, щоб відповідати прикладеній напрузі. Цей збіг відбувається лише без навантаження, а перетягування зменшує це відношення до 10% із збільшенням до номінальної напруги залежно від притаманних втрат. (наприклад, вихровий струм, тертя, як правило, невеликий порівняно з потужністю. Зміна схеми обмотки статора або зміна кількості магнітів призведе до зміни кількості коефіцієнтів обертів на вольт для того ж матеріалу, який використовується, як передавальне число на велосипеді.

• • Приклад розрахунків з різними магнітами, Визначення обертання поля

    • загальний магніт / 2 = коефіцієнт обертання поля

    • Коефіцієнт обертання поля * kV = магнітний цикл / V

    • Отже, при 14 магнітах коефіцієнт обертання поля = 7, таким чином обертання поля = 7609 циклів / v

    • За 2200 кв:

      • 14 магніту - 2200 * 7 = 154000 циклів / В
      • 10 магніту - 2200 * 5 = 11000 циклів / В
      • 8 магнітів - 2200 * 4 = 8800 циклів / В

Потужність - це функція струму, а навантаження визначається лише ВІДПОВІДНО лінійним навантаженням або нелінійним навантаженням аеродинамічної опори. або додаткове лінійне навантаження в перерахунку на гм / Вт або гм / А, де gm - тяга опори.

Фон-мініатюра з теорії (над спрощеною)

• Він заснований на законах фізики, визначених Максвеллом і більш глибоко Хейвісайдом, і Лоренц, який довів, що ця Сила на заряд q є добутком суми поля Е і швидкості поля В.

Так говорить векторне рівняння. F = q (E + vxB)

Сила Лоренца , F, що діє на частинку електричного заряду q з миттєвою швидкістю v, завдяки зовнішньому електричному полі E і магнітному полі B. Ця сила називається Електромагнітною силою і узгоджується з ЕРС назад без навантаження.

Кутова швидкість на вольт є більш складною з кількістю полюсів статора і полюсів ротора, що дають відноснеметричне перетворення, а комутація струму двигуна автоматично повертається на достатню кількість дугових секунд після нульового магнітного поля, щоб забезпечити відсутність мертвої зупинки . (несправність конструкції / процесу)

Таким чином, швидкість магнітного заряду пропорційна напруженості поля, що обумовлена ​​напругою, і також називається напругою поля задньої ЕРС.

Показник КВ стосується максимальної частоти об / хв / вольт, яку можна досягти за допомогою мотора - таким чином мотор потужністю 2300 КВ на 1 В працюватиме зі швидкістю до 2300 об / хв, незалежно від частоти. Чим менша напруга, тим менший максимальний крутний момент, який може виробляти двигун. Якби ви збільшували частоту і намагалися запустити її з більш високою швидкістю, мотору не вистачило б крутного моменту, щоб подолати тертя при цій швидкості і зупинитися.

Для машини BLDC є дві ключові константи

$K_t$ з одиницями Нм / А

$K_e$ з одиницями V /$\omega$ (пікова лінійна напруга)

Для ідеальної машини BLDC $K_t \equiv K_e$ але через специфіку того, де визначено ці дві константи ($K_e$ будучи напругою відкритого терміналу & $K_t$ виробництво крутного моменту при номінальному струмі) $K_t$ має тенденцію бути нижчим через насичення статора

Що це за Todo з двигунами BLDC для квадроциклів & $K_v$

Добре $K_v$ є просто зворотним $K_e$ ONCE перетворюється на rpm.

Оскільки квадротори та такі пристрої RC зазвичай обмежені напругою живлення, ця константа об / хв повідомляє вам про швидкість ротора, яку можна досягти (вивантажити) для даної батареї. Аналогічно можна оцінити крутний момент, який може бути вироблений завдяки взаємозв'язку між цими константами.

Роль ESC полягає в тому, щоб підтримувати потік статора на 90 градусах щодо потоку ротора. Це робиться за допомогою датчика положення, як елемента Холла, або за допомогою зворотного зондування ЕРС - без сенсорного управління.
Далі ESC може виводити синусоїдальний трифазний вихід, так званий FOC (Field Oriented Control) або квадратне напруга, де одночасно підключаються лише дві котушки, третя залишається плаваючою.
Це не той випадок, коли ротор слід за полем статора, а навпаки - саме статор поданий слід за положенням ротора. При FOC амплітуда напруги вектора статора є постійною і обертається відносно положення ротора. Напруга має бути вищою за напругу, що генерується заднім ЕРС, щоб обертати двигун. Тут грає роль Kv-фактор.

Не впевнений, чому це пропущено в цьому контексті.

Він повинен бути V / krpm. або вольт / 1000 об / хв. Я міг би зрозуміти коротку руку V / k, але кв - кіло вольт.
Можливо, вольт між ногами на моторі або нозі і нейтральним може бути неоднозначним, але умова між двома ногами моторних проводів. Я б припустив, що це тому, що простіше, якщо не існує нейтрального проводу.