In che modo la corrente e la tensione sono correlate alla coppia e alla velocità di un motore brushless?

So che i veicoli elettrici hanno prestazioni diverse a seconda della batteria e del motore, ma non è chiaro come siano collegate le unità elettriche e meccaniche.

Qualcuno può aiutare per favore?

Un motore da 100 V si solleverà contro le pendenze meglio di un motore da 50 V?

La relazione tra le caratteristiche elettriche di un motore e le prestazioni meccaniche può essere calcolata come tale (nota: questa è l'analisi per un motore DC spazzolato ideale, ma alcuni di essi dovrebbero ancora applicarsi a un motore DC brushless non ideale).

Un motore CC può essere approssimato come un circuito con una resistenza e una sorgente back-emf di tensione. Il resistore modella la resistenza intrinseca degli avvolgimenti del motore. Il back-emf modella la tensione generata dalla corrente elettrica in movimento nel campo magnetico (fondamentalmente un motore elettrico CC può funzionare come generatore). È anche possibile modellare l'induttanza intrinseca del motore aggiungendo un induttore in serie, tuttavia per la maggior parte l'ho ignorato e ho ipotizzato che il motore sia elettricamente in uno stato quasi stabile, oppure la risposta temporale del motore è dominata dalla risposta temporale dei sistemi meccanici invece della risposta temporale dei sistemi elettrici. Questo di solito è vero, ma non necessariamente sempre vero.

Il generatore produce un EMF posteriore proporzionale alla velocità del motore:

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

Dove:

ω = la velocità del motore in rad /

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

Idealmente a velocità di stallo non esiste emf posteriore e in assenza di velocità a vuoto l'emf posteriore è uguale alla tensione della sorgente di pilotaggio.

La corrente che fluisce attraverso il motore può quindi essere calcolata:

V S = tensione sorgente R =

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

Consideriamo ora il lato meccanico del motore. La coppia generata dal motore è proporzionale alla quantità di corrente che fluisce attraverso il motore:

$$\tau = k_t * I$$

τ =

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

Utilizzando il modello elettrico sopra riportato è possibile verificare che alla velocità di stallo il motore abbia la massima corrente che lo attraversa e quindi la coppia massima. Inoltre, alla velocità a vuoto il motore non ha coppia e corrente che scorre attraverso di esso.

Quando il motore produce più energia? Bene, la potenza può essere calcolata in due modi:

$$P_e = V_S * I$$

$$P_m = \tau * \omega$$

Se li tracciamo, scoprirai che per un motore DC ideale la massima potenza arriva a metà della velocità a vuoto.

Quindi, tutto sommato, come si accumula la tensione del motore?

Per lo stesso motore, idealmente se si applica il doppio della tensione raddoppierai la velocità a vuoto, raddoppi la coppia e quadrupli la potenza. Ciò presuppone ovviamente che il motore CC non si bruci, raggiunga uno stato che viola questo semplicistico modello di motore ideale, ecc.

Tuttavia, tra motori diversi è impossibile dire come si comporteranno due motori uno rispetto all'altro in base solo alla tensione nominale. Di cosa hai bisogno per confrontare due motori diversi?

Idealmente, dovresti conoscere la tensione nominale e la corrente di stallo in modo da poter progettare i tuoi componenti elettronici in modo appropriato e conoscere la velocità a vuoto e la coppia di stallo in modo da poter calcolare le prestazioni meccaniche del tuo motore. Potresti anche voler vedere la corrente nominale del motore (alcuni motori possono essere danneggiati se li fermi troppo a lungo!). Questa analisi trascura anche un po 'l'aspetto dell'efficienza del motore. Per un motore perfettamente efficiente,$k_i = k_t$$P_e = P_m$

ps Nei miei calcoli ho usato la velocità del motore come $\text{rad}/\text{s}$Hz$\text{rev}/\text{s}$$2\pi$

Dopo 4 anni di utilizzo e studio dei veicoli elettrici, ho capito che la "gradabilità" (capacità di aumentare una pendenza di grado specifico) dipende dalla coppia del motore e la coppia dipende dalla corrente.

La tensione invece "regola" la velocità con cui un motore può funzionare: la velocità massima che un motore può raggiungere è la velocità alla quale il motore genera una tensione (denominata "forza controrelettromotrice") che è uguale alla tensione che riceve dalla batteria (ignorando perdite di potenza e attriti per semplicità).

La quantità di corrente che un motore può tollerare quando viene applicata una tensione dipende da quanto sono spessi i fili delle bobine (più spessi = corrente maggiore = coppia maggiore), a causa della resistenza interna delle bobine (maggiore è la resistenza, maggiore è il calore prodotto, fino ai fili melt).

Considerando un motore da 1000 W:

• fornendo 100 V / 10 A sarai in grado di raggiungere l'alta velocità, ma non sarai in grado di aumentare la pendenza.

• fornendo 10 V / 100 A ti sposterai molto lentamente ma sarai in grado di scalare pendenze di alto livello (supponendo che il motore possa tollerare 100 A).

La corrente massima che un motore può tollerare è denominata "corrente nominale", che è molto più bassa della "corrente di stallo" del motore, ovvero la corrente che scorre nei fili del motore quando viene applicata la tensione e il motore viene mantenuto fermo. Il motore NON PU toler tollerare la propria corrente di stallo, che presto scioglierà i fili. Ecco perché l'elettronica limita la corrente massima al valore di corrente nominale.

In qualsiasi motore, il principio di base è molto semplice:

• la velocità di rotazione è proporzionale alla tensione applicata
• la coppia è proporzionale alla corrente assorbita

Un motore da 100 volt è un motore che può richiedere un massimo di 100 volt e un motore da 50 volt un massimo di 50 volt. Poiché il motore da 100 volt può richiedere più volt, se tutto il resto è uguale, può darti una velocità massima più alta.

Ma la differenza di tensione non influisce sulla coppia. Per ottenere più coppia per salire su una collina, è necessario fornire più corrente al motore. Un motore che può assorbire più corrente (e un controller della batteria e del motore in grado di fornire più corrente) ti darà più coppia per aiutarti in salita.

I motori elettrici possono essere progettati su una gamma abbastanza ampia di tensione e corrente a parità di velocità e coppia. Il solo confronto della tensione operativa prevista di due motori non ti dice molto su cosa possono fare alla fine quei motori. I motori progettati per alte potenze tendono a funzionare a tensioni più elevate, ma ciò è principalmente tale che la corrente può essere entro un limite ragionevole.

Per confrontare due motori per un determinato lavoro, è necessario esaminare i parametri di uscita. Saranno la coppia, la gamma di velocità e la potenza.

Le prestazioni meccaniche di un motore dipenderanno ovviamente principalmente dalla sua corporatura, non necessariamente dalla sua tensione nominale. I motori ad alta potenza funzioneranno a tensioni più elevate, ma questo non ti dice molto.

Non approfondirò i dettagli, ma c'è una buona regola pratica da usare quando si desidera stimare i parametri di un motore per aspetto. Un motore lungo raggiungerà un numero di giri più elevato e un motore largo sarà in grado di erogare più coppia. Puoi forse immaginare come funziona: un motore largo avrà un rotore largo, quindi le forze dei campi magnetici all'interno creeranno una coppia maggiore.

Quindi, se hai due motori di identica lunghezza, ma uno di essi è più largo, puoi aspettarti che uno più largo sia in grado di generare una coppia maggiore.

In termini molto elementari (la risposta di helloworld ha la scienza un po 'coperta):

L'alimentazione è tensione * corrente (P = IV). Per una determinata potenza, ad esempio 1000 watt / 1 kW, è possibile progettare un motore da 10 V che utilizza 100 A o un motore da 100 V che utilizza 10 A per la stessa potenza nominale :

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

La tua prossima considerazione è come si accumulano le varie efficienze: per ogni parte del gruppo propulsore ci sarà un modo ottimale di costruire ogni parte che offre la migliore efficienza per il prezzo. Ad esempio, se hai scelto l'opzione 10 V, hai bisogno di molti cavi pesanti (o barre) per gestire 100 A, mentre 10 A scorreranno felicemente verso il basso su fili abbastanza sottili.

Tuttavia, forse è più difficile costruire un'unità di controllo / caricabatterie che funzioni a 100 V rispetto a 10 V (è certamente più sicuro per l'utente medio se non ci sono alte tensioni che gli permettono di attaccare le dita).

Quindi, c'è un atto di giocoleria da fare per capire come si accumula il sistema: per ogni watt di potenza che inserisci, quanta energia utile puoi ottenere dall'altra parte?

È un po 'come la differenza tra un grande V8 pigro e un motore turbo urlante , entrambi possono fare la stessa potenza, ma ognuno è una risposta molto diversa al problema.

La tensione e la corrente sono i componenti essenziali del potere, ovvero la capacità di eseguire lavori . Per lavorare per mezzo di macchine rotanti è necessaria una forza rotante - una coppia . La velocità con cui procede il lavoro (introdurre il tempo) e la misurazione diventa di potenza. Più potenza - aumenta la corrente o la tensione o entrambi.

Tutto quello che devi pensare è la potenza nominale e la tensione nominale. Se la tensione applicata è elevata (deve essere compresa nell'intervallo di tensione), può richiedere meno corrente e meno coppia, che in effetti può essere rilevata dalla curva coppia-velocità per una tensione fissa.

La tensione è proporzionale alla velocità e la coppia è proporzionale alla corrente. La corrente massima che può assumere è la corrente nominale e la coppia corrispondente può essere rilevata dalla curva della coppia di velocità (come si conosce la velocità dalla tensione (rpm = k * v)) dove k è la costante di velocità del motore).