Tại sao động cơ không chổi than có xếp hạng kv?

Tôi tự hỏi tại sao động cơ không chổi than, chẳng hạn như động cơ được sử dụng cho tứ giác, có xếp hạng kv, có nghĩa là RPM trên mỗi điện áp trên động cơ. Vì vậy, một động cơ 2300 kv quay với tốc độ 2300 vòng / phút nếu "1 volt được áp dụng" cho nó.

Phần trong ngoặc đơn không có ý nghĩa với tôi. Một ESC tạo ra dòng điện xoay chiều 3 pha. Và từ những gì tôi hiểu, tần số của dạng sóng AC quyết định hoàn toàn tốc độ động cơ và biên độ (điện áp cực đại trừ điện áp máng) của dạng sóng ít nhiều không đổi. Đối với tôi điều này có vẻ như điện áp thực sự không liên quan gì đến việc xác định tốc độ của động cơ không chổi than.

Công suất mô-men xoắn của động cơ điện tỷ lệ thuận với dòng điện động cơ (không phải điện áp!) Và dòng điện (I) gần bằng

Trong đó V là điện áp cung cấp cho động cơ, R là điện trở cuộn dây và ε là lực điện động ngược (EMF trở lại).

KV và trở lại EMF

EMF phía sau là điện áp sẽ có mặt ở các đầu cực động cơ khi động cơ quay mà không có bất cứ thứ gì được kết nối với nó. Điện áp này được tạo ra bởi động cơ hoạt động như một máy phát điện xoay chiều, nếu bạn muốn, và nó tỷ lệ thuận với tốc độ quay. Xếp hạng KV không là gì ngoài một cách khác để nêu mối quan hệ giữa tốc độ quay và EMF trở lại (KV RPM /). Nó giới hạn tốc độ động cơ tối đa ở bất kỳ điện áp pin nhất định, bởi vì ở một số tốc độ phụ thuộc KV, EMF ngược sẽ "hủy" điện áp pin. Điều này ngăn không cho bất kỳ dòng điện nào chảy vào động cơ và do đó làm giảm mô-men xoắn về không.

Khi bạn bật nguồn động cơ lần đầu tiên, tốc độ bằng không. Điều này có nghĩa là EMF phía sau cũng bằng không, vì vậy điều duy nhất hạn chế dòng điện động cơ là điện trở cuộn dây và điện áp cung cấp. Nếu bộ điều khiển động cơ (ESC) là để cung cấp điện áp pin đầy đủ cho động cơ ở tốc độ thấp, động cơ và / hoặc ESC sẽ tan chảy.

Điện áp, tần số, ga và tốc độ

Trong điều khiển động cơ không chổi than vòng kín, tốc độ động cơ (mà tần số đầu ra là một chức năng) không được điều khiển trực tiếp. Thay vào đó, van tiết lưu điều khiển điện áp đầu ra và ESC liên tục điều chỉnh tần số đầu ra để đáp ứng với sự dịch pha giữa góc của rôto và dạng sóng của ổ đĩa. Pha của EMF phía sau báo cho ESC không cảm biến trực tiếp góc hiện tại của rôto, trong khi ESC được cảm biến sử dụng cảm biến hiệu ứng phòng cho cùng một mục đích.

Làm mọi thứ theo cách khác (đặt tần số trực tiếp và điều khiển điện áp để đáp ứng với sự dịch pha được đo) sẽ trở thành một hành động cân bằng tốt:

• Đặt điện áp quá thấp sẽ cho phép dòng điện chạy quá ít, hạn chế mô-men xoắn. Nếu mô-men xoắn giảm nhưng tải không đổi, động cơ phải chạy chậm lại, dẫn đến mất đồng bộ ngay lập tức.

• Quá nhiều điện áp sẽ gây ra dòng điện quá mức, gây lãng phí điện năng và làm nóng động cơ và ESC không cần thiết.

Do đó, điểm hiệu quả tối ưu là không ổn định với điều khiển "tần số đầu tiên". Một vòng điều khiển có thể giữ cho nó gần, nhưng nếu ESC không thể phản ứng đủ nhanh thì sẽ xảy ra mất đồng bộ hóa quá tải. Điều này không đúng với điều khiển "điện áp đầu tiên", trong đó một quá độ tải sẽ chỉ làm giảm tốc độ trong giây lát mà không có hiệu ứng xấu.

ESC được sử dụng trong các máy bay trực thăng RC sân tập thể thường có chức năng "thống đốc", duy trì tốc độ động cơ cố định tỷ lệ thuận với cài đặt bướm ga. Ngay cả những ESC này không thực sự kiểm soát tần số trực tiếp, thay vào đó thực hiện bộ điều khiển PID đặt điện áp để đáp ứng sự khác biệt giữa tần số thực tế và tần số thực tế.

ESC "thời gian"

Cài đặt thời gian động cơ của ESC điều chỉnh điểm đặt của dịch chuyển pha cơ-điện này: Thời gian cao có nghĩa là đầu ra ESC dẫn đến vị trí rôto được cảm nhận bằng cách ví dụ 25 độ, trong khi với thời gian thấp, độ dịch pha này được giữ gần bằng 0. Cài đặt thời gian cao tạo ra nhiều năng lượng kém hiệu quả hơn.

Mô-men xoắn

RC ESC thông thường không thể thực hiện kiểm soát mô-men xoắn hoặc giới hạn mô-men xoắn liên tục, vì chúng thiếu mạch cảm biến hiện tại như một biện pháp tiết kiệm chi phí và trọng lượng. Đầu ra mô-men xoắn không được kiểm soát theo bất kỳ cách nào; động cơ chỉ tạo ra nhiều mô-men xoắn (và rút ra theo tỷ lệ tương ứng với dòng điện) khi tải yêu cầu ở một tốc độ nhất định. Để ngăn cú đấm ga nhanh chóng làm quá tải ESC, pin và / hoặc động cơ (vì vượt qua quán tính tạo ra mô-men xoắn không giới hạn), ESC thường có giới hạn tăng tốc và điện áp ở một tần số nhất định.

Phanh

Nếu động cơ được giữ quay bằng phương tiện bên ngoài trong khi điện áp giảm, cuối cùng EMF phía sau sẽ trở nên lớn hơn mức ESC cố gắng lái. Điều này gây ra dòng điện âm và phanh động cơ. Do đó, điện được tạo ra sẽ tiêu tan trong cuộn dây động cơ hoặc được đưa trở lại vào nguồn điện / pin, tùy thuộc vào chế độ phân rã PWM được sử dụng.

Một ESC tạo ra dòng điện xoay chiều 3 pha. Và từ những gì tôi hiểu, tần số của dạng sóng AC quyết định hoàn toàn tốc độ động cơ và biên độ (điện áp cực đại trừ điện áp máng) của dạng sóng ít nhiều không đổi. Đối với tôi điều này có vẻ như điện áp thực sự không liên quan gì đến việc xác định tốc độ của động cơ không chổi than.

Xin lỗi, nhưng điều này là sai. Các động cơ được sử dụng trong tứ giác là động cơ DC không chổi than (BLDC), tương đương với động cơ DC được chải nhưng có chuyển mạch điện tử.

Tốc độ động cơ được xác định bởi điện áp ('back-emf') mà động cơ tạo ra khi nó quay, không phải tần số giao hoán (phải tuân theo bước khóa với vòng quay của động cơ hoặc nó sẽ không quay). Động cơ BLDC có nam châm vĩnh cửu nên back-emf tỷ lệ thuận với vòng / phút. Back-emf bằng điện áp ứng dụng trừ điện áp rơi trên điện trở cuộn dây và cuộn cảm, và động cơ sẽ tăng tốc hoặc giảm tốc độ khi nó rút ra dòng điện cần thiết để tạo ra mô-men xoắn được hấp thụ - giống hệt như động cơ DC được chải.

ESC kiểm soát tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào nó. Thông thường, điều này được thực hiện với PWM để điện áp cực đại luôn bằng điện áp pin, nhưng điện áp trung bình (mà động cơ đáp ứng) thay đổi theo tỷ lệ bật / tắt của PWM. ESC tạo ra bất kỳ tần số giao hoán nào mà động cơ yêu cầu của nó, tương tự như cách phần ứng trong động cơ chải làm cho cổ góp chuyển đổi theo tần số mà nó yêu cầu.

Vì vậy, điện áp ứng dụng có mọi thứ để làm với tốc độ động cơ. Đây là lý do tại sao các động cơ này có xếp hạng Kv - đó là một tham số thiết yếu để xác định vòng / phút có thể đạt được với một điện áp cụ thể. Vì công suất được hấp thụ bởi một chân vịt tỷ lệ thuận với công suất thứ 3 của vòng / phút và công suất thứ 4 của đường kính chân vịt, Kv là một tham số quan trọng khi khớp với các thành phần của một quad quad.

Giá trị Kv được chỉ định phải là vòng / phút lý thuyết ở mức 1V khi động cơ không vẽ bất kỳ dòng điện nào. Tuy nhiên, nó thường được tính bằng cách chia vòng / phút không tải được đo cho điện áp đặt vào, cho giá trị thấp hơn (không chính xác) một chút. Và cũng giống như tốc độ của động cơ chải có thể tăng lên bằng cách tăng tốc cho bàn chải, vì vậy ESC không chổi than có thể tăng Kv hiệu quả của động cơ BLDC bằng cách tăng thời gian đi lại. Thêm vào dung sai sản xuất và kiểm soát chất lượng kém, và thông thường động cơ không có Kv thực tế cao hơn hoặc thấp hơn 20% so với thông số kỹ thuật của nó.

Động cơ được thiết kế cho mục đích sử dụng khác thường không có xếp hạng Kv vì nó không được coi là quá quan trọng. Tuy nhiên, vòng / phút không tải ở điện áp danh định thường được cung cấp, từ đó Kv có thể được suy ra. Hằng số mô-men xoắn của động cơ (Kt) cũng có thể được chỉ định. Kv là nghịch đảo của Kt.

Tại sao động cơ không chổi than có xếp hạng kv?

"Xếp hạng kv" không liên quan gì đến Mô-men xoắn, dòng điện, lực đẩy, lực nâng hoặc lực kéo dự kiến

• Ngoại lệ là mô-men xoắn tương đối có thể thay đổi theo số lượng nam châm và số cuộn dây stato trên mỗi vòng quay, giống như bánh răng, tỷ lệ này có thể được sửa đổi. Vì vậy, theo một nghĩa nào đó, động cơ cùng kích thước với giá trị kv tương đối cao hơn được tạo ra để có tốc độ nhanh hơn và ít lực nâng hơn.

Nó dựa trên số lượng nam châm, số cuộn dây stato trên mỗi vòng quay, số pha trên mỗi cực và không có dấu hiệu của công suất.

Nó hoàn toàn là tốc độ quay tạo ra điện áp EMF trở lại để phù hợp với điện áp được áp dụng. Trận đấu này chỉ xảy ra khi không tải và kéo giảm tỷ lệ này lên tới 10% khi tăng theo điện áp định mức tùy thuộc vào tổn thất vốn có. .

• • Tính toán ví dụ với các nam châm khác nhau, Xác định xoay trường

    • tổng nam châm / 2 = hệ số xoay trường

    • Hệ số vòng quay trường * kV = chu kỳ từ / V

    • Vì vậy, với 14 nam châm, hệ số vòng quay trường = 7, do đó vòng quay trường = 7609 chu kỳ / v

    • Đối với 2200 kv:

      • 14 nam châm - 2200 * 7 = 154000 chu kỳ / V
      • 10 nam châm - 2200 * 5 = 11000 chu kỳ / V
      • 8 nam châm - 2200 * 4 = 8800 chu kỳ / V

Công suất là một chức năng của dòng điện và chỉ tải được xếp hạng với EITHER một tải tuyến tính hoặc tải phi tuyến của prop khí động học. hoặc tải tuyến tính gia tăng tính theo gm / W hoặc gm / A trong đó gm là lực đẩy.

Hình thu nhỏ nền trên lý thuyết (đơn giản hóa hơn)

• Nó dựa trên các định luật Vật lý được xác định bởi Maxwell và sâu hơn bởi Heaviside, và Lorenz đã chứng minh rằng Lực này mang điện tích q là sản phẩm của tổng trường E và vận tốc của trường B.

Vì vậy, các phương trình vector nói. F = q (E + vxB)

Lực Lorenz , F tác dụng lên một hạt điện tích q với vận tốc tức thời v, do điện trường ngoài E và từ trường B. Lực này là cái mà chúng ta gọi là Lực điện từ và được khớp với EMF không tải.

Tốc độ góc trên mỗi Volt là một phức tạp hơn với số cực của stato và cực rôto cho phép chuyển đổi tỷ lệ và chuyển động của dòng điện động cơ được tự động đảo ngược chỉ một số giây cung sau khi từ trường null để đảm bảo không có điểm dừng chết . (thất bại trong thiết kế / quy trình)

Do đó, tốc độ điện tích tỷ lệ thuận với cường độ Trường do điện áp và còn được gọi là cường độ trường EMF trở lại

Xếp hạng KV đề cập đến RPM / volt tối đa có thể đạt được với động cơ - vì vậy động cơ 2300 KV ở 1 V sẽ hoạt động ở tốc độ lên tới 2300 vòng / phút, bất kể tần số. Điện áp càng thấp, mô-men xoắn cực đại mà động cơ có thể tạo ra càng thấp. Nếu bạn tăng tần số và cố gắng chạy ở tốc độ cao hơn, động cơ sẽ không có đủ mô-men xoắn để vượt qua ma sát ở tốc độ và gian hàng đó.

Đối với máy BLDC, có hai hằng số chính

$K_t$

$K_e$$\omega$

$K_t \equiv K_e$$K_e$$K_t$$K_t$

$K_v$

$K_v$$K_e$

Vì các tứ giác và các thiết bị RC như vậy thường bị giới hạn điện áp cung cấp, hằng số vòng / phút này sẽ cho bạn biết tốc độ cánh quạt có thể đạt được (không tải) cho một pin nhất định. Tương tự như vậy, bạn có thể ước tính mô-men xoắn có thể được tạo ra do mối quan hệ giữa các hằng số này.

Vai trò của ESC là giữ cho thông lượng stato ở 90 độ so với thông lượng rôto. Điều này được thực hiện với việc sử dụng cảm biến vị trí, như yếu tố hội trường hoặc bằng cách sử dụng cảm biến EMF trở lại - điều khiển không cảm biến.
Hơn nữa, ESC có thể xuất ra đầu ra ba pha, do đó được gọi là FOC (Điều khiển hướng trường) hoặc điện áp vuông, trong đó chỉ có hai cuộn dây được kết nối cùng một lúc, thứ ba được thả nổi.
Không phải như vậy, rôto đang theo trường stato, ngược lại - đó là stato được đặt theo vị trí rôto. Với FOC, bộ khuếch đại của điện áp stator vector không đổi và quay đối với vị trí rôto. Điện áp phải cao hơn điện áp tạo ra EMF trở lại để quay động cơ. Đây là nơi mà yếu tố Kv đóng vai trò.

Không chắc chắn tại sao điều này được bỏ lỡ trong bối cảnh này.

Nó sẽ là V / krpm. hoặc vôn / 1000 vòng quay / phút. Tôi có thể có thể hiểu tay ngắn V / k nhưng kv là kilo volt.
Có thể vôn giữa hai chân trên xe máy hoặc một chân và trung tính có thể mơ hồ nhưng quy ước là giữa 2 chân của động cơ dẫn. Tôi đoán nó là bởi vì nó dễ dàng hơn nếu không có dây trung tính tồn tại.