Custom Brushless DC Electric Motors Manufacturers

Aký je vzťah medzi napätím, KV a otáčkami v bezkefovom jednosmernom elektromotore?

Pochopenie základných parametrov akéhokoľvek technologického komponentu je kľúčové pre efektívny výber a aplikáciu. Pre bezkomutátorové jednosmerné elektromotory , tri z najzákladnejších a často nepochopených špecifikácií sú napätie, hodnotenie KV a výsledná rýchlosť otáčania (RPM). Tieto tri faktory sú vnútorne prepojené a vytvárajú jednoduchý, ale účinný vzťah, ktorý určuje výkon motora v danom systéme. Jasné pochopenie tohto vzťahu je nevyhnutné pre inžinierov, dizajnérov a špecialistov na obstarávanie naprieč odvetviami, ako napr bytové vetranie , automobilové stroje , a lekárske vybavenie .

Demýtizovanie hodnotenia KV

Termín „KV“ je častým zdrojom zmätku pre tých, ktorí začínajú bezkomutátorové jednosmerné elektromotory . Je dôležité objasniť, že KV neznamená kilovolt. Namiesto toho je to konštanta, ktorá predstavuje rýchlosť motora, meranú v otáčkach za minútu (RPM), na volt aplikovaného elektrického potenciálu bez mechanického zaťaženia. Hodnotenie KV je v podstate prirodzenou vlastnosťou konštrukcie motora, ktorá je určená faktormi, ako je počet magnetických pólov v rotore a počet vinutí v statore. Motor s vysokou hodnotou KV, napríklad 1 000 KV, sa pokúsi točiť rýchlosťou 1 000 otáčok za minútu na každý aplikovaný volt, keď nie je pripojené žiadne zaťaženie. Naopak, motor s nízkym KV hodnotením, povedzme 200 KV, sa bude otáčať oveľa pomalšie 200 ot./min. na volt za rovnakých podmienok bez zaťaženia. Je dôležité pochopiť, že KV nie je indikátorom výkonu alebo kvality; jednoducho definuje vlastnú rýchlostnú charakteristiku motora. Nižší KV motor je vo všeobecnosti navrhnutý tak, aby produkoval vyšší krútiaci moment pri nižších rýchlostiach, zatiaľ čo vyšší KV motor je zameraný na dosiahnutie vyšších otáčok, aj keď s nižším výstupným krútiacim momentom pre danú veľkosť.

Úloha aplikovaného napätia

Ak hodnotenie KV definuje potenciálnu rýchlostnú konštantu motora, potom je aplikované napätie aktivačnou silou, ktorá oživí tento potenciál. Napätie si možno predstaviť ako elektrický tlak, ktorý poháňa prúd cez vinutia motora a vytvára magnetické polia, ktoré spôsobujú otáčanie rotora. V rámci prevádzkových limitov motora je rýchlosť otáčania priamo úmerná dodávanému napätiu. Toto je základný princíp vzťahu. Pre pevný KV motor bude mať zvýšenie napätia za následok proporcionálne zvýšenie maximálnej dosiahnuteľnej rýchlosti motora. Napríklad aplikovanie 12 voltov na 500 KV motor bude mať za ideálnych podmienok bez zaťaženia za následok rýchlosť 6 000 otáčok za minútu. Ak sa napätie zvýši na 24 voltov, rýchlosť sa zdvojnásobí na 12 000 ot./min. Táto priama úmernosť výrazne zjednodušuje riadenie rýchlosti, pretože riadenie napätia efektívne riadi otáčky. Tento vzťah však platí predovšetkým v podmienkach bez zaťaženia. V praktických aplikáciách predstavuje prítomnosť záťaže ďalšie kritické faktory.

Priamy vzťah: Napätie x KV = otáčky bez zaťaženia

Základný matematický vzťah je jednoduchý. Teoretická rýchlosť bez zaťaženia a bezkomutátorový jednosmerný elektromotor sa vypočíta vynásobením použitého napätia konštantou KV motora.

Otáčky naprázdno = napätie (V) x KV menovitý výkon

Tento vzorec poskytuje teoretickú maximálnu rýchlosť, ktorú môže motor dosiahnuť, keď nepoháňa žiadne externé zaťaženie. Nasledujúca tabuľka ilustruje tento vzťah pomocou príkladov:

Ako ukazuje tabuľka, rôzne kombinácie napätia a KV môžu poskytnúť rovnakú teoretickú rýchlosť bez zaťaženia. Toto je kritický bod pre systémových dizajnérov. Voľba medzi vysokonapäťovým systémom s nízkym KV a nízkonapäťovým systémom s vysokým KV má hlboké dôsledky na účinnosť, krútiaci moment, tvorbu tepla a výber komponentov, o ktorých sa bude diskutovať neskôr. Táto základná rovnica je východiskovým bodom pre všetky procesy výberu motorov, ale je to len začiatok príbehu. Reálny výkon sa od tohto ideálu odchyľuje a pochopenie týchto odchýlok je kľúčom k úspešnej aplikácii.

Kritický vplyv zaťaženia na skutočné otáčky za minútu

Otáčky naprázdno sú užitočným teoretickým meradlom, ale má obmedzenú praktickú hodnotu, pretože motor je bez zaťaženia zbytočný. V momente, keď je aplikované zaťaženie – či už je to lopatka ventilátora, obežné koleso čerpadla alebo hnacie koleso – skutočné otáčky motora klesnú pod teoretickú hodnotu bez zaťaženia. Miera zníženia rýchlosti priamo súvisí s krútiacim momentom potrebným na pohon záťaže. Motor musí generovať dostatočný krútiaci moment, aby prekonal odpor záťaže. Keď sa záťažový moment zvyšuje, motor odoberá viac elektrického prúdu, aby vytvoril viac elektromagnetického krútiaceho momentu. Tento zvýšený tok prúdu vedie k poklesu napätia na vnútornom odpore motora, čo je efekt často označovaný ako strata I*R.

Tieto vnútorné straty znamenajú, že efektívne napätie poháňajúce rotáciu motora je menšie ako napájacie napätie. V dôsledku toho sú skutočné otáčky pri zaťažení nižšie ako vypočítané otáčky naprázdno. Rozdiel medzi otáčkami bez zaťaženia a otáčkami pri zaťažení sa nazýva regulácia rýchlosti. O motore, ktorý udržuje relatívne konzistentné otáčky od chodu naprázdno po plné zaťaženie sa hovorí, že má dobrú reguláciu otáčok, čo je žiaduca vlastnosť v mnohých aplikáciách, ako napr. laboratórne zariadenia alebo zdravotnícke pomôcky, kde je prvoradý konzistentný výkon. Schopnosť motora udržať si rýchlosť pri premenlivom zaťažení je funkciou jeho celkovej konštrukcie a kvality jeho riadiaceho systému.

Praktické dôsledky pre návrh systému

Vzťah napätie-KV-RPM nie je len akademický koncept; je základným kameňom efektívneho dizajnu motorom poháňaného systému. Výber nesprávnej kombinácie môže viesť k neefektívnosti, predčasnému zlyhaniu alebo nesplneniu požiadaviek na výkon.

Úvahy o krútiacom momente a prúde. Hodnotenie KV nepriamo ovplyvňuje konštantu krútiaceho momentu motora. Motor s nižším KV zvyčajne generuje väčší krútiaci moment na ampér prúdu ako motor s vysokým KV. Preto pre aplikácie vyžadujúce vysoký krútiaci moment pri nižších rýchlostiach, ako je pohyb ťažkého mechanizmu v motore automobilový stroj alebo a nákladné auto , motor s nízkym KV spojený s napájaním s vyšším napätím je často efektívnejší. Dokáže dodať požadovaný krútiaci moment bez odberu nadmerného prúdu, čo minimalizuje odporové zahrievanie a namáhanie elektronického regulátora otáčok (ESC) a napájania.

Účinnosť a tepelné hospodárenie. Prevádzka motora pri jeho optimálnom rozsahu napätia a otáčok je rozhodujúca pre účinnosť. Ak sa motor s vysokým KV použije s veľmi nízkym napätím na dosiahnutie strednej rýchlosti, bude pracovať ďaleko od svojho efektívneho bodu, čo pravdepodobne povedie k vysokému odberu prúdu a značnému vývinu tepla. Hlavným nepriateľom je nadmerné teplo bezkomutátorové jednosmerné elektromotory , pretože môže znehodnotiť magnety a izoláciu. Správne prispôsobený systém, kde sú KV motora a napájacie napätie zvolené tak, aby sa dosiahli požadované prevádzkové otáčky v strednom rozsahu motora, bude bežať chladnejšie a spoľahlivejšie. To je dôvod, prečo je univerzálny prístup často neadekvátny.

Nevyhnutnosť prispôsobenia v moderných aplikáciách

Vzhľadom na zložitú rovnováhu medzi napätím, KV, otáčkami, krútiacim momentom a účinnosťou je jasné, prečo má výber motora podľa katalógu značné obmedzenia. Zatiaľ čo štandardné modely môžu slúžiť generickým aplikáciám, náročné a špecifické aplikácie si vyžadujú prispôsobený prístup. Tu sa filozofia poskytovania celkových riešení spájajúcich inovácie s úzkym partnerstvom stáva kritickou.

Každá aplikácia má jedinečné požiadavky. A bezkomutátorový jednosmerný elektromotor pre vysokú rýchlosť bytový ventilátor má iné priority ako ten, ktorý je určený pre citlivého zdravotnícke zariadenie zariadenie alebo robustný čln ťahač. Motor ventilátora môže uprednostňovať vysoké otáčky a akustickú tichosť, zatiaľ čo medicínsky motor vyžaduje výnimočnú stabilitu otáčok a nízke elektromagnetické rušenie. Lodný motor musí odolať drsným podmienkam prostredia. V týchto scenároch nemusí štandardný motor vybraný výlučne na základe KV a menovitého napätia spĺňať požiadavky na životnosť, hluk alebo zvlnenie krútiaceho momentu.

Prispôsobený prístup zaisťuje, že každý komponent, od vinutia až po magnety, je navrhnutý s ohľadom na presné špecifikácie. To zahŕňa optimalizáciu KV menovitého výkonu pre dostupný zdroj napätia, aby sa dosiahla cieľová prevádzková rýchlosť v rámci najefektívnejšieho rozsahu motora. Zahŕňa to aj návrh tepelných charakteristík motora na zvládnutie očakávaného zaťaženia a zaistenie dobrá a stabilná kvalita počas životnosti produktu. Táto úroveň integrácie je možná len vtedy, keď sa motor nepovažuje za samostatný tovar, ale za integrálnu súčasť väčšieho systému. Úzke pracovné partnerstvo umožňuje jemné doladenie parametrov motora v spojení s regulátorom a záťažou, výsledkom čoho je vynikajúci a spoľahlivejší konečný produkt.