Come misurare il peso massimo che un motore a corrente continua può muovere?


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Stiamo lavorando a un progetto di veicolo elettrico controllato da computer basato su una chasis ATV.

Mentre cercavo un motore a corrente continua per spostare questo veicolo (che si stima sia di 350 kg), ho trovato un motore elettrico per sedie a rotelle. È un motore da 500 W 108 rpm a 24 V CC e ha un proprio differenziale. Il venditore mi ha detto che può spostarsi fino a 540 kg. Non so su quale base si basa questo numero.

Ho anche un motore a 24 V DC da 500 W 1500 rpm. Se diminuisco i giri / min e aumento la coppia con lo stesso rapporto del motore elettrico per sedie a rotelle tramite riduttori, può spostarmi fino a 540 kg? O il peso massimo che un motore può spostare dipende da altri fattori? Come posso misurare questo?

Grazie in anticipo.


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Non lo misuri prima di calcolarlo . È fisica di base. Hai un oggetto con un certo peso, per cambiarne la velocità avrai bisogno di una quantità di energia. C'è anche attrito da superare per mantenerlo a una certa velocità. L'energia necessaria proviene dal motore. I motori con più potenza possono applicare la stessa quantità di energia in meno tempo. Quindi: studia fisica e fai calcoli.
Bimpelrekkie,

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Oh, e: non fidarti mai di un venditore. Ovviamente il motore può muoversi di 540 kg, quanto può muoversi non dipende dal motore ma dall'attrito che il peso ha sull'ambiente circostante. Nello spazio, puoi spostare 540 kg con il dito .
Bimpelrekkie,

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Il motore che gira il ristorante rotante sulla cima dello Space Needle a Seattle è all'ordine di un motore da un HP. Ti assicuro che il ristorante pesa oltre 540 kg. La tua domanda non può rispondere senza sapere quanto velocemente vuoi che la cosa giri e quali forze stanno lavorando per rallentarla .
Eric Lippert,

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Per mettere le cose in prospettiva: una Tesla Model S ha una potenza di 270000 W, oltre 500 volte quella che hai.
MSalters il

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Dammi una leva e un posto dove stare e muoverò il mondo. Lo stesso si può dire degli ingranaggi.
Steve,

Risposte:


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"Il venditore mi ha detto ..." LOL! Se la fisica fosse la sua passione, probabilmente non sarebbe stato un venditore. In ogni caso il suo compito è fare una vendita, indipendentemente dal fatto che il tuo dispositivo funzioni o meno.

La prima cosa che devi decidere è quanta potenza deve avere il motore. Successivamente puoi preoccuparti della coppia e della velocità. Questi possono essere scambiati l'uno contro l'altro, ma non puoi imbrogliare la fisica che richiede un certo potere per determinati compiti.

Ci sono due criteri per l'utente finale che devi considerare per decidere la potenza. Questi sono quanto velocemente vuoi essere in grado di accelerare e quale velocità minima vuoi essere in grado di salire su una collina decente. Userò il criterio della collina come esempio.

Diciamo che vuoi essere in grado di andare 20 MPH con un voto del 20%. Il voto del 20% significa salire di 1 parte per ogni 5 in avanti. Poiché l'unico lavoro di fisica svolto è in aumento, il problema si riduce all'aumento di 350 kg a 4 MPH. 4 MPH sono 1,8 m / s, e qui sulla terra 350 kg pesa 3.43 kN. Il potere speso è quindi:

  (1,8 m / s) (3,43 kN) = 6,13 kW

Ovviamente ci sarà un po 'di attrito da superare, quindi in questo esempio avresti bisogno di circa 10 kW. Poiché 500 W non sono nemmeno vicini, è necessario specificare prestazioni molto inferiori o ottenere un motore molto più grande (e la fonte di alimentazione per alimentarlo).

Capovolgiamolo e vediamo cosa possono fare 500 W.

  (500 W) / (3.43 kN) = 146 mm / s

Ecco quanto velocemente 500 W possono sollevare l'intera unità verso l'alto. Applicandolo ad un grado del 20%, ad esempio, può spostarsi di 5 volte, 730 mm / s o 1,63 MPH. In realtà ci saranno attriti e altre perdite, quindi probabilmente non più di 500 mm / s = 1,1 MPH.

Aggiunto sulla coppia

Dovresti iniziare con il potere come descritto sopra. Una volta che hai deciso quanta potenza deve erogare il motore, devi affrontare il compromesso di coppia / velocità. Puoi capire quale coppia / velocità hai bisogno alle ruote, ma di solito sarà una coppia troppo lenta e troppo alta per un motore elettrico ragionevole da produrre direttamente. Di conseguenza, ci saranno degli ingranaggi tra l'albero della ruota e l'albero del motore. Dato che l'ingranaggio è comunque lì, scegli un buon motore e quindi progetta il rapporto di trasmissione di conseguenza, non viceversa.

Per metterlo in prospettiva, diamo un'occhiata alla coppia e alla velocità richieste salire di un grado del 20% a 20 MPH come descritto sopra. Diciamo che le ruote hanno un diametro di 500 mm, quindi un raggio di 250 mm, quindi una circonferenza di 1,57 m. 20 MPH è 8,9 m / s, quindi la ruota deve girare a 5,7 Hz. È improbabile che tu ottenga un motore adatto con potenza di picco ed efficienza a 5,7 Hz (342 RPM). Probabilmente finirai con un rapporto di trasmissione da 5x a 10x, a seconda del miglior motore disponibile che trovi.

Ad esempio, supponiamo che tu abbia deciso che hai bisogno di un motore da 10 kW. Ciò potrebbe arrivare a 60 Hz (3600 giri / min) e 26,5 Nm, 20 Hz e 80 Nm o una varietà di altre combinazioni che generano tutte 10 kW. I motori adatti saranno disponibili solo in combinazione limitata e gli ingranaggi saranno probabilmente progettati su misura comunque. Scegli il motore, quindi lascia che imponga il rapporto di trasmissione.


Grazie per la risposta, ma ho ancora alcuni punti interrogativi nella mia mente: quando è importante la coppia? Inoltre, come cambiano i calcoli per un modo orizzontale diritto, è lo stesso con il sollevamento verticale? Ci scusiamo per la mia mancanza di conoscenza della fisica.
Kerem Zaman,

Con la giusta trasmissione è possibile modificare la coppia nel modo desiderato. Avrai bisogno di una certa coppia della ruota per salire di una pendenza o accelerare in un certo tempo (e per superare l'attrito e la resistenza dell'aria a velocità più elevate). Per l'esempio di Olin Lathrops la coppia delle ruote sarebbe 3,43 kN * raggio delle ruote. Il numero di giri con 500 W sarebbe (146mm / circonferenza ruota) * 60. Quindi con una ruota da 30 cm di diametro avresti bisogno di una coppia di ruote di 514 Nm e otterrai 58.4rpm alla massima potenza del motore. Cercare la scheda tecnica del motore per la curva rpm / torque / power.
Michael,

@Kerem: ho aggiornato la mia risposta per discutere della coppia, che è anche sostanzialmente ciò che Michael ha detto.
Olin Lathrop,

Grazie per averlo aggiunto. Silly me ha dimenticato di moltiplicare il mio raggio con 2pi per la circonferenza e non posso più modificarlo.
Michael,

Vale la pena ricordare che si sta utilizzando la potenza di uscita meccanica nelle proprie equazioni, laddove i motori potrebbero essere concepiti in termini di potenza elettrica (di ingresso). I motori reali sono tutt'altro che efficienti al 100%, quindi una parte significativa dell'energia elettrica in ingresso sarà dissipata come calore a causa del riscaldamento e dell'attrito resistivi.
Mels
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