Як струм і напруга пов'язані з крутним моментом і швидкістю безщіткового двигуна?

Я знаю, що електромобілі мають різну продуктивність залежно від акумулятора та двигуна, але незрозуміло, як пов’язані електричні та механічні агрегати.

Може хто-небудь, будь ласка, допоможе?

Чи буде 100В мотор підніматися проти схилів краще, ніж 50В мотор?

Зв'язок між електричними характеристиками двигуна та механічною працездатністю може бути розрахований як такий (зауважте: це аналіз ідеального щіточного постійного двигуна постійного струму, але деякі з них все-таки повинні стосуватися неідеального безщіткового двигуна постійного струму).

Двигун постійного струму можна наблизити до ланцюга з резистором та джерелом напруги назад. Резистор моделює внутрішній опір обмоток двигуна. Задній ЕМП моделює напругу, що генерується електричним струмом, що рухається в магнітному полі (в основному електричний двигун постійного струму може функціонувати як генератор). Можливо також моделювати притаманну індуктивність двигуна, додаючи індуктор послідовно, однак здебільшого я це ігнорував і припускав, що двигун знаходиться в квазістаціонарному стані електричним шляхом, або у відповіді на час двигуна переважає реакція часу механічних систем замість реакції часу електричних систем. Зазвичай це правда, але не обов'язково завжди правда.

Генератор виробляє задній ЕРС, пропорційний швидкості двигуна:

$$V_{emf} = k_i * \omega$$

Де:

$$k_i = \text{a constant.}$$ $$\omega = \text{the motor speed in}\ \text{rad}/\text{s}$$

В ідеалі на швидкості зупинки немає заднього випромінювання, а при швидкості без навантаження задній ЕМП дорівнює напрузі джерела приводу.

Струм, що проходить через двигун, може бути потім обчислений:

$$I = (V_S - V_{emf}) / R = (V_S - k_i * \omega) / R$$ $$V_S = \text{source voltage}$$ $$R = \text{motor electrical resistance}$$

Тепер розглянемо механічну сторону мотора. Крутний момент, що створюється двигуном, пропорційний кількості струму, що проходить через мотор:

$$\tau = k_t * I$$

$$k_t = \text{a constant}$$ $$\tau = \text{torque}$$

Використовуючи вищевказану електричну модель, ви можете переконатись, що при швидкості зупинки двигун має максимальний струм, що проходить через нього, і, таким чином, максимальний крутний момент. Також при швидкості без навантаження мотор не має крутного моменту і струму, що протікає через нього.

Коли мотор виробляє найбільшу потужність? Ну а потужність можна обчислити одним із двох способів:

Електрична потужність:

$$P_e = V_S * I$$

Механічна потужність:

$$P_m = \tau * \omega$$

Якщо побудувати їх, ви побачите, що для ідеального двигуна постійного струму максимальна потужність припадає на половину швидкості без навантаження.

Отже, все, що розглядається, як напруга двигуна стикається?

Для одного і того ж двигуна, в ідеалі, якщо ви будете застосовувати подвійну напругу, ви подвоїте швидкість без навантаження, подвоїте крутний момент і вчетверо збільшите потужність. Це передбачається, звичайно, що двигун постійного струму не згорає, не досягає стану, що порушує цю спрощену ідеальну модель двигуна тощо.

Однак між різними двигунами неможливо сказати, як будуть працювати два двигуни порівняно один з одним лише на основі напруги. То що вам потрібно для порівняння двох різних двигунів?

В ідеалі ви хочете знати номінальну напругу і струм зупинки, щоб ви могли правильно розробити електроніку, і ви хочете знати швидкість без навантаження і крутний момент, щоб ви могли розрахувати механічні показники вашого двигуна. Ви також можете побачити поточний показник двигуна (деякі двигуни можуть бути пошкоджені, якщо ви затримуєте їх занадто довго!). Цей аналіз також дещо нехтує аспектом ефективності двигуна. Для ідеально ефективного двигуна , а точніше . Це призведе до того, що розрахунки потужності за допомогою двох рівнянь будуть рівними (тобто електрична потужність дорівнює механічній потужності). Однак реальні мотори не є абсолютно ефективними. Деякі близькі, інші ні.$k_i = k_t$$P_e = P_m$

ps У своїх розрахунках я використовував швидкість двигуна як . Це можна перетворити на або шляхом поділу на ..$\text{rad}/\text{s}$Hz$\text{rev}/\text{s}$$2\pi$

Після 4-х років використання та вивчення електромобілів я зрозумів, що "гнучкість" (здатність підвищувати нахил конкретного класу) залежить від обертового моменту, а крутний момент залежить від струму.

Напруга натомість "регулює", наскільки швидко може працювати двигун: максимальна швидкість, яку може досягти двигун, - це швидкість, з якою двигун генерує напругу (названу "Противоелектрорушійна сила"), яка дорівнює напрузі, яку отримує від акумулятора (без уваги втрати потужності та тертя для простоти).

Скільки струму мотор може переносити при подачі напруги, залежить від того, наскільки товсті дроти котушок (товщі = більший струм = більший крутний момент), через внутрішній опір котушок (чим більший опір, тим вище виробляється тепло, до проводів плавити).

Враховуючи 1000 Вт мотор:

• забезпечуючи 100 В / 10А, ви зможете досягти високої швидкості, але ви не зможете підняти великий нахил.

• забезпечуючи 10V / 100A, ви будете рухатись дуже повільно, але зможете піднятися на висококласні схили (якщо припустити, що мотор може терпіти 100A).

Максимальний струм, який мотор може переносити, називається "номінальним струмом", який набагато нижчий, ніж "струм стійкості" двигуна, тобто струм, що протікає в провідних двигунах, коли подається напруга і мотор зупиняється. Двигун CANNOT переносить власний стійкий струм, який незабаром розплавить дроти. Ось чому електроніка обмежує максимальний струм номінальним значенням струму.

У будь-якому двигуні основний принцип дуже простий:

• швидкість обертання пропорційна застосованій напрузі
• крутний момент пропорційний поточному витягнутому

100-вольтовий двигун - це двигун, який може приймати максимум 100 вольт, а 50-вольтовий мотор - максимум 50 вольт. Оскільки 100-вольтовий мотор може зайняти більше вольт, якщо все інше дорівнює, він може дати вам більшу максимальну швидкість.

Але різниця в напрузі не впливає на крутний момент. Щоб отримати більше крутного моменту, щоб піднятися на гору, потрібно забезпечити свій мотор більшою кількістю струму. Двигун, який може приймати більше струму (а також акумулятор і контролер двигуна, які можуть подавати більше струму), дадуть вам більше крутного моменту, щоб допомогти вам піднятися на гору.

Електродвигуни можуть проектуватися в досить широкому діапазоні напруги і струму з однаковою швидкістю і крутним моментом. Порівнюючи заплановану робочу напругу двох двигунів, ви не знаєте про те, що ці двигуни можуть зробити в кінцевому рахунку. Двигуни, розраховані на високу потужність, як правило, працюють при більш високих напругах, але це здебільшого так, що струм може бути в розумних межах.

Щоб порівняти два двигуни для конкретної роботи, ви повинні подивитися на вихідні параметри. Це буде крутний момент, діапазон швидкості та потужність.

Механічні показники двигуна, звичайно, залежатимуть головним чином від його фізичного складання, не обов'язково від його номінальної напруги. Двигуни високої потужності будуть працювати на більш високих напругах, але це не дуже говорить вам.

Я не буду деталізувати конкретику, але є хороше правило, яке слід використовувати, коли ви хочете оцінити параметри двигуна за зовнішнім виглядом. Довгий мотор буде досягати більших оборотів в хвилину, а широкий мотор зможе доставити більше крутного моменту. Можна, можливо, уявити, як це працює - широкий мотор матиме широкий ротор, тому сили магнітних полів всередині створюватимуть більший крутний момент.

Отже, якщо у вас є два мотори однакової довжини, але один з них ширший, ви можете очікувати, що ширший зможе генерувати більш високий крутний момент.

Вкрай елементарно (відповідь helloworld охопила науку трохи):

Потужність - це напруга * струм (P = IV). Для заданої потужності, скажімо, 1000 Вт / 1 кВт, ви можете сконструювати 10-вольтовий двигун, який використовує 100 А або 100 В двигун, який використовує 10 А для тієї ж номінальної потужності:

10 V * 100 A = 1000 watts
100 V * 10 A = 1000 watts

Наступне ваше врахування полягає в тому, як складаються різні коефіцієнти корисної дії - для кожної частини силового потягу буде запропоновано оптимальний спосіб побудови кожної деталі, що забезпечує найкращу ефективність для ціни. Наприклад, якщо ви пішли на опцію 10 В, вам потрібно багато великих важких проводів (або шин) для роботи 100 А, тоді як 10 А буде щасливо текти по досить худих проводів.

Однак, можливо, важче побудувати блок управління / зарядний пристрій, який працює на 100 В, ніж на 10 В (це звичайно безпечніше для пересічного користувача, якщо немає високих напруг, що б'ються навколо них, щоб засунути їх пальці).

Отож, слід зробити жонглювання, щоб розібратися, як система складається - на кожен ват потужності, який ви вкладаєте, скільки корисної енергії ви можете отримати з іншого кінця?

Це трохи схоже на різницю між великим ледачим V8 і кричущим турбомотором , обидва можуть зробити однакову потужність, але кожен - це зовсім інша відповідь на проблему.

Напруга і струм є найважливішими компонентами живлення, також здатністю виконувати роботу . Для виконання роботи за допомогою прядильної машини потрібна сила обертового дії - крутний момент . Швидкість, з якою триває робота (час введення), і вимірювання стає потужністю. Більш потужність - збільшуйте або струм, або напругу, або те і інше.

Все, що вам потрібно думати, - це потужність і номінальна напруга. Якщо напруга, яку ви застосовуєте, є високою (повинна бути в межах напруги), то це може зайняти менший струм і менший крутний момент, що дійсно можна дізнатися з кривої швидкості крутного моменту для фіксованої напруги.

Напруга пропорційна швидкості, а крутний момент пропорційний струму. Максимальний струм, який він міг би прийняти, - це номінальний струм, і відповідний крутний момент можна дізнатися з кривої крутного моменту (як ви знаєте швидкість від напруги (rpm = k * v)), де k - константа швидкості двигуна).