Saya memiliki motor FA-130 (DC) dengan magnet permanen, sumber daya saya adalah 2 baterai AA (dapat diisi ulang) sehingga total 2,4v.

Asumsikan semua case akan dimulai dari spesifikasi yang sama, secara teoritis, apa yang akan terjadi jika saya melakukan hal berikut?

Kasus 1 : Menambah / mengurangi kekuatan magnet permanen. Apa yang akan terjadi pada torsi dan RPM? Mengapa?

Kasus 2 : Menambah / mengurangi ukuran kabel magnet. Apa yang akan terjadi pada torsi, konsumsi daya, dan RPM? Mengapa?

Kasus 3 : Menambah / Mengurangi ukuran jangkar. Apa yang akan terjadi pada torsi, konsumsi daya, dan RPM? Mengapa?

Kasus 4 : Menambah / Mengurangi jumlah putaran (koil). Apa yang akan terjadi pada torsi, konsumsi daya, dan RPM? Mengapa?

Secara umum, bagaimana saya bisa meningkatkan torsi dan RPM motor ini diberi tegangan konstan?

Tolong, jelaskan seolah-olah Anda sedang berbicara dengan seorang anak berusia 6 tahun, saya tidak memiliki pengetahuan di bidang ini tetapi saya ingin tahu konsepnya.

Saya akan berasumsi bahwa anak usia 6 tahun ini memiliki setidaknya sedikit latar belakang dalam fisika. Saya akan memulai dengan menjawab mengapa setiap hasil akan terjadi dengan banyak matematika untuk menggambarkan fisika di balik itu semua. Kemudian saya akan menjawab setiap kasus dengan matematika yang memberikan alasan di balik setiap hasil. Saya akan menyelesaikannya dengan menjawab pertanyaan "secara umum".

---

Mengapa?

Jawaban untuk semua "Kenapa?" pertanyaan adalah: Fisika! Khususnya hukum Lorentz dan hukum Faraday . Dari sini :

---

Torsi motor ditentukan oleh persamaan:

$$\tau = K_t \cdot I~~~~~~~~~~(N \cdot m)$$

Dimana:

K t = torsi konstan saya = $\tau = \text{torque}$
$K_t = \text{torque constant}$
$I = \text{motor current}$

Torsi konstan, , merupakan salah satu parameter motor utama yang menggambarkan motor tertentu berdasarkan berbagai parameter desain seperti kekuatan magnetik, jumlah kawat bergantian, panjang angker, dll seperti yang Anda sebutkan. Nilainya diberikan dalam torsi per amp dan dihitung sebagai:$K_t$

$$K_t = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(N \cdot m / A)$$

Dimana:

N = jumlah loop kawat di medan magnet l = panjang medan magnet yang bekerja pada kawat r = $B = \text{strength of magnetic field in Teslas}$
$N = \text{number of loops of wire in the magnetic field}$
$l = \text{length of magnetic field acting on wire}$
$r = \text{radius of motor armature}$

---

Tegangan Back-EMF ditentukan oleh:

$$V = K_e \cdot \omega~~~~~~~~~~(volts)$$

Dimana:

K e = tegangan konstan ω = $V = \text{Back-EMF voltage}$
$K_e = \text{voltage constant}$
$\omega = \text{angular velocity}$

Kecepatan sudut adalah kecepatan motor dalam radian per detik (rad / detik) yang dapat dikonversi dari RPM:

$$\text{rad/sec} = \text{RPM}\times\dfrac{\pi}{30}$$

adalah parameter motor utama kedua. Lucunya, K e dihitung dengan menggunakan rumus yang sama seperti K t tetapi diberikan dalam satuan yang berbeda:$K_e$$K_e$$K_t$

$$K_e = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(volts/rad/sec)$$

---

Mengapa ? Karena hukum fisik Konservasi Energi . Yang pada dasarnya menyatakan bahwa daya listrik yang dimasukkan ke dalam motor perlu sama dengan daya mekanik yang keluar dari motor. Dengan asumsi efisiensi 100%:$K_e = K_t$

V ⋅ I = τ ⋅ $P_{in} = P_{out}$
$V \cdot I = \tau \cdot \omega$

Mengganti persamaan dari atas kita dapatkan:

K e = K $(K_e \cdot \omega) \cdot I = (K_t \cdot I) \cdot \omega$
$K_e = K_t$

---

Kasing

Saya akan berasumsi bahwa setiap parameter sedang diubah secara terpisah.

---

Kasus 1: Magnetic kekuatan medan berbanding lurus dengan konstanta torsi, . Jadi ketika kekuatan medan magnet meningkat atau menurun, torsi, τ , akan meningkat atau menurun secara proporsional. Yang masuk akal karena semakin kuat medan magnet, semakin kuat "dorong" pada dinamo.$K_t$$\tau$

$K_e$$K_e$

$$\omega = \dfrac{V}{K_e}$$

Jadi, ketika medan magnet meningkat, kecepatannya akan berkurang. Ini lagi masuk akal karena semakin kuat medan magnet, semakin kuat "dorong" pada dinamo sehingga akan menahan perubahan kecepatan.

Karena power out sama dengan torsi momen kecepatan sudut, dan power in sama dengan power out (sekali lagi, dengan asumsi efisiensi 100%), kita mendapatkan:

$$P_{in} = \tau \cdot \omega$$

Jadi setiap perubahan torsi atau kecepatan akan berbanding lurus dengan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan motor.

---

Kasus 2: (Sedikit lebih banyak matematika di sini bahwa saya tidak secara eksplisit pergi ke atas) Kembali ke hukum Lorentz kita melihat bahwa:

$$\tau = 2 \cdot F \cdot r = 2 (I \cdot B \cdot N \cdot l) r$$

Karena itu:

$$F = I \cdot B \cdot N \cdot l$$

Berkat Newton kami memiliki:

$$F = m \cdot g$$

Begitu...

$$\tau = 2 \cdot m \cdot g \cdot r$$

Jika Anda menjaga panjang kawat tetap sama tetapi menambah ukurannya, massa akan bertambah. Seperti dapat dilihat di atas, massa berbanding lurus dengan torsi seperti halnya kekuatan medan magnet sehingga hasil yang sama berlaku.

---

$r$

Mulai melihat pola di sini?

---

$N$

---

Secara umum

Jika tidak jelas sekarang, torsi dan kecepatan berbanding terbalik :

Ada trade-off yang harus dilakukan dalam hal input daya ke motor (tegangan dan arus) dan output daya dari motor (torsi dan kecepatan):

$$V \cdot I = \tau \cdot \omega$$

Jika Anda ingin menjaga voltase konstan, Anda hanya dapat meningkatkan arus. Peningkatan arus hanya akan meningkatkan torsi (dan daya total yang disuplai ke sistem):

$$\tau = K_t \cdot I$$

Untuk meningkatkan kecepatan, Anda perlu menambah tegangan:

$$\omega = \dfrac{V}{K_e}$$

Jika Anda ingin menjaga daya input tetap konstan, maka Anda perlu memodifikasi salah satu parameter motor fisik untuk mengubah konstanta motor.

$P$$I$$E$

$P = IE$

Daya diukur dalam watt , dan merupakan tingkat penggunaan energi. Energi diukur dalam joule , dan satu watt didefinisikan sebagai satu joule per detik.

$F$$d$

$W = Fd$

Anda bertanya tentang peningkatan torsi dan RPM . Torsi hanyalah kekuatan putar, dan RPM hanyalah kecepatan putar. Jadi definisi pekerjaan adalah setengah dari apa yang Anda minta (memiliki torsi di dalamnya), dan kecepatan dan jarak jelas terkait. Sepertinya kita benar-benar dekat. Anda tidak ingin hanya melakukan lebih banyak pekerjaan dengan motor Anda, Anda ingin melakukan pekerjaan lebih cepat . Anda ingin meningkatkan kekuatan dan kecepatan, bukan kekuatan dan jarak. Apakah ada istilah fisik untuk ini dalam sistem mekanik?

Iya nih! Ini juga disebut kekuatan . Dalam sistem mekanis, daya adalah produk gaya dan kecepatan:

$P = Fv$

Atau untuk menggunakan istilah yang setara untuk sistem rotasi, daya adalah produk dari torsi dan kecepatan sudut :

$P = \tau \omega$

Ini hanya apa yang Anda minta. Anda ingin motor menerapkan lebih banyak torsi dan berputar lebih cepat. Anda ingin meningkatkan daya. Anda ingin menggunakan energi lebih cepat.

Hukum kekekalan energi memberi tahu kita bahwa jika kita ingin meningkatkan daya mekanik, kita juga harus meningkatkan daya listrik. Lagipula, kita tidak bisa membuat motor berputar dengan sihir. Jika daya listrik adalah produk dari tegangan dan arus, maka meningkatkan tegangan atau arus, jika yang lain dipertahankan konstan, akan meningkatkan daya listrik.

Ketika Anda mengubah kekuatan magnet, atau menambah atau menghapus belokan kawat, Anda tidak dapat meningkatkan daya. Namun, Anda dapat memperdagangkan tegangan untuk arus, atau arus untuk tegangan, seperti halnya transmisi mekanis yang dapat menukar RPM dan torsi. Hukum Lenz dan hukum induksi elektromagnetik lainnya menjelaskan mengapa ini benar, tetapi mereka tidak benar-benar diperlukan untuk menjawab pertanyaan Anda, jika Anda hanya menerima hukum konservasi energi.

Mengingat semua itu, pertanyaan Anda adalah "Bagaimana meningkatkan torsi dan RPM motor DC". Anda dapat meningkatkannya dengan memberinya lebih banyak energi, atau Anda dapat membuatnya lebih efisien. Beberapa sumber kerugian adalah:

• gesekan di bantalan
• resistensi di belitan
• resistensi magnetik di inti berliku
• radiasi elektromagnetik dari komutator
• kerugian pada kabel, baterai, transistor, dan hal-hal lain yang memasok energi listrik ke motor

Semua ini berfungsi untuk menjadikan motor kurang dari 100% konverter energi listrik dan mekanik yang efisien. Mengurangi salah satu dari mereka biasanya meningkatkan sesuatu yang tidak diinginkan, sering kali biaya atau ukuran.

Pikiran yang menarik: Inilah sebabnya mobil hibrida listrik bisa mendapatkan jarak tempuh yang lebih baik di kota. Berhenti di lampu merah mengubah semua energi mobil Anda yang bergerak menjadi panas di bantalan rem, yang tidak berguna. Karena motor adalah konverter antara energi listrik dan mekanik, mobil hibrida dapat mengubah energi ini bukan menjadi panas, tetapi alih-alih menjadi energi listrik, menyimpannya dalam baterai, kemudian mengubahnya kembali menjadi energi mekanik ketika lampu menyala hijau. Untuk bacaan lebih lanjut, cobalah Bagaimana cara menerapkan pengereman regeneratif motor DC?

$$\tau = 2.B.N.l.r.I$$

$$\omega = V/2.B.N.l.r.I$$

Jika Anda meningkatkan pengukur kawat, Anda meningkatkan arus (I) dan dengan demikian torsi. Jika Anda juga mengurangi jumlah putaran, Anda akan mengurangi torsi. Apakah torsi total naik atau turun, tergantung pada efek mana yang lebih besar.