Bagaimana arus dan tegangan terkait dengan torsi dan kecepatan motor tanpa sikat?

Saya tahu bahwa kendaraan listrik memiliki kinerja yang berbeda tergantung pada baterai dan motor, tetapi tidak jelas bagaimana unit listrik dan mekanik terkait.

Adakah yang bisa membantu?

Akankah motor 100V meningkatkan lereng lebih baik daripada motor 50V?

Hubungan antara karakteristik listrik motor dan kinerja mekanik dapat dihitung seperti itu (catatan: ini adalah analisis untuk motor DC brush yang ideal, tetapi beberapa di antaranya masih harus diterapkan pada motor DC brushless yang tidak ideal).

Motor DC dapat diperkirakan sebagai sirkuit dengan resistor, dan sumber tegangan-ggl kembali. Resistor memodelkan resistansi intrinsik dari belitan motor. Back-emf memodelkan tegangan yang dihasilkan oleh arus listrik yang bergerak di medan magnet (pada dasarnya motor listrik DC dapat berfungsi sebagai generator). Mungkin juga untuk memodelkan induktansi inheren motor dengan menambahkan induktor secara seri, namun untuk sebagian besar saya mengabaikan ini dan mengasumsikan motor berada pada kondisi semu mapan secara elektrik, atau respons waktu motor didominasi oleh respons waktu dari sistem mekanik, bukan respon waktu dari sistem listrik. Ini biasanya benar, tetapi tidak selalu selalu benar.

Generator menghasilkan EMF belakang yang sebanding dengan kecepatan motor:

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

Dimana:

ω = kecepatan motor dalam rad /

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

Idealnya pada kecepatan stall tidak ada back emf, dan pada kecepatan no-load, back emf sama dengan tegangan sumber pengendaraan.

Arus yang mengalir melalui motor kemudian dapat dihitung:

V S = sumber tegangan R =

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

Sekarang mari kita perhatikan sisi mekanis motor. Torsi yang dihasilkan oleh motor sebanding dengan jumlah arus yang mengalir melalui motor:

$$\tau = k_t * I$$

τ =

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

Menggunakan model listrik di atas Anda dapat memverifikasi bahwa pada kecepatan kios motor memiliki arus maksimum yang mengalir melaluinya, dan dengan demikian torsi maksimum. Juga, pada kecepatan tanpa beban motor tidak memiliki torsi dan tidak ada arus yang mengalir melewatinya.

Kapan motor menghasilkan tenaga paling besar? Nah, kekuatan dapat dihitung salah satu dari dua cara:

$$P_e = V_S * I$$

$$P_m = \tau * \omega$$

Jika Anda memplotnya, Anda akan menemukan bahwa untuk motor DC yang ideal daya maksimumnya ada di setengah kecepatan tanpa beban.

Jadi semua dipertimbangkan, bagaimana tegangan motor menumpuk?

Untuk motor yang sama, idealnya jika Anda menerapkan tegangan dua kali lipat Anda akan menggandakan kecepatan tanpa beban, menggandakan torsi, dan melipatgandakan daya. Ini dengan asumsi tentu saja motor DC tidak terbakar, mencapai keadaan yang melanggar model motor ideal sederhana ini, dll.

Namun, antara motor yang berbeda tidak mungkin untuk mengetahui bagaimana dua motor akan melakukan dibandingkan satu sama lain hanya berdasarkan nilai tegangan. Jadi apa yang Anda butuhkan untuk membandingkan dua motor yang berbeda?

$k_i = k_t$$P_e = P_m$

$\text{rad}/\text{s}$Hz$\text{rev}/\text{s}$$2\pi$

Setelah 4 tahun menggunakan dan mempelajari kendaraan listrik saya menemukan bahwa "kemampuan menanjak" (kemampuan untuk menaikkan kemiringan kelas tertentu) tergantung pada torsi motor, dan torsi tergantung pada arus.

Tegangan sebaliknya "mengatur" seberapa cepat motor dapat berjalan: kecepatan maksimum yang dapat dicapai oleh motor adalah kecepatan di mana motor menghasilkan tegangan (dinamakan "gaya gerak-elektromotif") yang sama dengan tegangan yang diterimanya dari baterai (mengabaikan kehilangan daya dan gesekan untuk kesederhanaan).

Berapa banyak arus yang dapat ditoleransi oleh motor ketika voltase diterapkan tergantung pada seberapa tebal kabel koil (lebih tebal = arus lebih tinggi = torsi lebih tinggi), karena koil resistansi internal (semakin tinggi resistansi, semakin tinggi panas yang dihasilkan, hingga kabel mencair).

Mempertimbangkan motor 1000W:

• memberikan 100V / 10A Anda akan dapat mencapai kecepatan tinggi tetapi Anda tidak akan dapat meningkatkan banyak kemiringan.

• memberikan 10V / 100A Anda akan bergerak sangat lambat tetapi Anda akan dapat mendaki lereng bermutu tinggi (dengan asumsi motor dapat mentolerir 100A).

Arus maksimum yang dapat ditoleransi oleh motor dinamai "arus pengenal", yang jauh lebih rendah daripada motor "arus bangkai", yaitu arus yang mengalir dalam kabel motor ketika tegangan diterapkan dan motor tetap dihentikan. Motor TIDAK BISA mentolerir arus kiosnya sendiri, yang akan segera melelehkan kabel. Itu sebabnya elektronik membatasi arus maksimum ke nilai arus terukur.

Pada motor apa pun, prinsip dasarnya sangat sederhana:

• kecepatan rotasi sebanding dengan tegangan yang diterapkan
• torsi sebanding dengan arus yang ditarik

Motor 100 volt adalah motor yang dapat mengambil maksimum 100 volt, dan motor 50 volt maksimum 50 volt. Karena motor 100 volt dapat mengambil lebih banyak volt, jika semuanya sama, ia dapat memberi Anda kecepatan maksimum yang lebih tinggi.

Namun perbedaan tegangan tidak mempengaruhi torsi. Untuk mendapatkan lebih banyak torsi untuk naik bukit, Anda perlu memasok motor Anda dengan lebih banyak arus. Motor yang dapat mengambil lebih banyak arus (dan baterai dan pengontrol motor yang dapat memasok lebih banyak arus) akan memberi Anda lebih banyak torsi untuk membantu Anda menaiki bukit.

Motor listrik dapat dirancang dengan rentang tegangan dan arus yang cukup lebar untuk kecepatan dan torsi yang sama. Hanya membandingkan tegangan operasi dua motor yang dimaksudkan tidak memberi tahu Anda banyak tentang apa yang akhirnya bisa dilakukan oleh motor-motor itu. Motor yang dirancang untuk daya tinggi memang cenderung bekerja pada tegangan yang lebih tinggi, tetapi sebagian besar agar arus dapat berada dalam batas yang wajar.

Untuk membandingkan dua motor untuk pekerjaan tertentu, Anda harus melihat parameter output. Ini akan menjadi torsi, rentang kecepatan, dan kekuatan.

Performa mekanik motor tentu saja akan sangat tergantung pada fisiknya, belum tentu tegangan nominalnya. Motor berdaya tinggi akan beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi, tetapi itu tidak banyak memberi tahu Anda.

Saya tidak akan menguraikan secara spesifik, tetapi ada aturan praktis yang baik untuk digunakan ketika Anda ingin memperkirakan parameter motor dengan melihat. Motor yang panjang akan mencapai rpms yang lebih tinggi, dan motor yang lebar akan mampu menghasilkan lebih banyak torsi. Anda mungkin bisa membayangkan bagaimana ini bekerja - motor lebar akan memiliki rotor lebar, sehingga gaya medan magnet di dalamnya akan menghasilkan torsi yang lebih besar.

Jadi, jika Anda memiliki dua motor dengan panjang yang sama, tetapi salah satunya lebih lebar, Anda dapat mengharapkan yang lebih luas untuk dapat menghasilkan torsi yang lebih tinggi.

Dalam istilah yang sangat mendasar (jawaban helloworld sudah mencakup sedikit ilmu):

Daya adalah tegangan * arus (P = IV). Untuk daya yang diberikan, katakanlah 1000 watt / 1 kW, Anda dapat mendesain motor 10 V yang menggunakan 100 A atau motor 100 V yang menggunakan 10 A untuk daya nominal yang sama :

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

Pertimbangan Anda berikutnya adalah bagaimana berbagai efisiensi menumpuk - untuk setiap bagian dari power train akan ada beberapa cara optimal untuk membangun setiap bagian yang memberikan efisiensi terbaik untuk harga. Misalnya, jika Anda memilih opsi 10 V, Anda memerlukan banyak kabel besar (atau bus bus) untuk menangani 100 A, sedangkan 10 A akan mengalir dengan senang hati ke kabel kecil yang cukup kurus.

Namun, mungkin lebih sulit untuk membangun unit kontrol / pengisi daya yang bekerja pada 100 V daripada pada 10 V (itu tentu lebih aman bagi pengguna rata-rata jika tidak ada tegangan tinggi yang menendang bagi mereka untuk memasukkan jari mereka).

Jadi, ada tindakan juggling yang harus dilakukan untuk mengetahui bagaimana sistem ini menumpuk - untuk setiap watt daya yang Anda masukkan, berapa banyak energi yang berguna yang bisa Anda dapatkan dari ujung lainnya?

Agak seperti perbedaan antara V8 malas besar dan motor turbo menjerit , keduanya dapat membuat kekuatan yang sama, tetapi masing-masing adalah jawaban yang sangat berbeda untuk masalah ini.

Tegangan dan arus adalah komponen penting dari daya alias kemampuan untuk melakukan pekerjaan . Untuk melakukan pekerjaan melalui mesin pemintal, diperlukan gaya kerja-putar - torsi . Tingkat di mana hasil pekerjaan (memperkenalkan waktu) dan pengukuran menjadi kekuatan. Lebih banyak daya - meningkatkan arus atau voltase atau keduanya.

Yang harus Anda pikirkan adalah peringkat daya dan tegangan nominal. Jika tegangan yang Anda terapkan tinggi (harus berada dalam kisaran tegangan) maka dapat mengambil lebih sedikit arus dan lebih sedikit torsi yang memang dapat ditemukan dari kurva kecepatan-torsi untuk tegangan tetap.

Tegangan sebanding dengan kecepatan, dan torsi sebanding dengan arus. Arus maksimum yang dapat diambil adalah nilai arus dan torsi yang sesuai dapat ditemukan dari kurva torsi kecepatan (seperti yang Anda ketahui kecepatan dari tegangan (rpm = k * v)) di mana k adalah konstanta kecepatan motor).