Làm thế nào là hiện tại và điện áp liên quan đến mô-men xoắn và tốc độ của một động cơ không chổi than?

Tôi biết rằng xe điện có hiệu suất khác nhau tùy thuộc vào pin và động cơ, nhưng không rõ các đơn vị điện và cơ khí có liên quan như thế nào.

Ai có thể vui lòng giúp đỡ?

Một động cơ 100V sẽ chống lại độ dốc tốt hơn so với động cơ 50V?

Mối quan hệ giữa các đặc tính điện của động cơ và hiệu suất cơ học có thể được tính như vậy (lưu ý: đây là phân tích cho động cơ DC được chải lý tưởng, nhưng một số trong số đó vẫn nên áp dụng cho động cơ DC không chổi than không lý tưởng).

Một động cơ DC có thể được xấp xỉ là một mạch có điện trở và nguồn điện áp ngược. Các điện trở mô hình điện trở nội tại của cuộn dây động cơ. Back-emf mô hình điện áp được tạo ra bởi dòng điện di chuyển trong từ trường (về cơ bản là một động cơ điện DC có thể hoạt động như một máy phát). Cũng có thể mô hình hóa độ tự cảm vốn có của động cơ bằng cách thêm một cuộn cảm nối tiếp, tuy nhiên, đối với hầu hết các phần tôi đã bỏ qua điều này và cho rằng động cơ ở trạng thái ổn định bằng điện, hoặc phản ứng thời gian của động cơ bị chi phối bởi phản ứng thời gian của các hệ thống cơ học thay vì đáp ứng thời gian của các hệ thống điện. Điều này thường đúng, nhưng không nhất thiết phải luôn đúng.

Máy phát tạo ra EMF trở lại tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ:

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

Ở đâu:

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

Lý tưởng nhất là ở tốc độ ổn định, không có emf trở lại và không có tốc độ không tải, emf trở lại bằng với điện áp nguồn lái xe.

Dòng điện chạy qua động cơ sau đó có thể được tính toán:

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

Bây giờ hãy xem xét các mặt cơ học của động cơ. Mô-men xoắn do động cơ tạo ra tỷ lệ thuận với lượng dòng điện chạy qua động cơ:

$$\tau = k_t * I$$

τ =

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

Sử dụng mô hình điện ở trên, bạn có thể xác minh rằng ở tốc độ ổn định, động cơ có dòng điện cực đại chạy qua nó, và do đó mô-men xoắn cực đại. Ngoài ra, ở tốc độ không tải, động cơ không có mô-men xoắn và không có dòng điện chạy qua nó.

Khi nào động cơ sản xuất nhiều năng lượng nhất? Vâng, sức mạnh có thể được tính theo một trong hai cách:

Năng lượng điện:

$$P_e = V_S * I$$

Sức mạnh cơ học:

$$P_m = \tau * \omega$$

Nếu bạn vẽ những thứ này, bạn sẽ thấy rằng đối với một động cơ DC lý tưởng, công suất tối đa chỉ bằng một nửa tốc độ không tải.

Vì vậy, tất cả mọi thứ xem xét, làm thế nào để điện áp động cơ chồng lên?

Đối với cùng một động cơ, lý tưởng nhất là nếu bạn tăng gấp đôi điện áp, bạn sẽ tăng gấp đôi tốc độ không tải, tăng gấp đôi mô-men xoắn và tăng gấp bốn lần công suất. Tất nhiên, điều này là giả sử động cơ DC không cháy, đạt đến trạng thái vi phạm mô hình động cơ lý tưởng đơn giản này, v.v.

Tuy nhiên, giữa các động cơ khác nhau, không thể biết hai động cơ sẽ hoạt động như thế nào so với nhau chỉ dựa trên định mức điện áp. Vậy bạn cần gì để so sánh hai động cơ khác nhau?

Lý tưởng nhất là bạn muốn biết định mức điện áp và dòng điện ổn định để bạn có thể thiết kế thiết bị điện tử của mình một cách phù hợp và bạn muốn biết tốc độ không tải và mô-men xoắn để bạn có thể tính toán hiệu suất cơ của động cơ. Bạn cũng có thể muốn xem đánh giá hiện tại của động cơ (một số động cơ có thể bị hỏng nếu bạn trì hoãn chúng quá lâu!). Phân tích này cũng phần nào bỏ qua khía cạnh hiệu quả của động cơ. Đối với một động cơ hoàn toàn hiệu quả, , hay đúng hơn là . Điều này sẽ làm cho các tính toán công suất sử dụng hai phương trình bằng nhau (nghĩa là năng lượng điện bằng công suất cơ học). Tuy nhiên, động cơ thực không hiệu quả hoàn hảo. Một số gần gũi, một số thì không.P e = P $k_i = k_t$$P_e = P_m$

ps Trong tính toán của tôi, tôi đã sử dụng tốc độ động cơ là . Điều này có thể được chuyển đổi thành hoặc bằng cách chia cho ..rev / s 2 $\text{rad}/\text{s}$Hz$\text{rev}/\text{s}$$2\pi$

Sau 4 năm sử dụng và nghiên cứu xe điện, tôi nhận ra rằng "độ dốc" (khả năng nâng độ dốc của cấp cụ thể) phụ thuộc vào mô-men xoắn của động cơ và mô-men xoắn phụ thuộc vào dòng điện.

Thay vào đó, điện áp "điều chỉnh" tốc độ của động cơ có thể chạy: tốc độ tối đa mà động cơ có thể đạt được là tốc độ mà động cơ tạo ra một điện áp (được gọi là "Lực điện động ngược") bằng với điện áp mà nó nhận được từ pin (không tính đến tổn thất điện năng và ma sát cho đơn giản).

Động cơ có thể chịu được dòng điện bao nhiêu khi đặt điện áp phụ thuộc vào độ dày của dây cuộn dây (dày hơn = dòng cao hơn = mô-men xoắn cao hơn), do điện trở bên trong cuộn dây (điện trở càng cao, nhiệt tạo ra càng cao, cho đến khi dây tan chảy).

Xem xét một động cơ 1000W:

• cung cấp 100V / 10A bạn sẽ có thể đạt tốc độ cao nhưng bạn sẽ không thể tăng độ dốc nhiều.

• cung cấp 10V / 100A bạn sẽ di chuyển rất chậm nhưng bạn sẽ có thể leo lên các sườn dốc cao cấp (giả sử động cơ có thể chịu được 100A).

Dòng điện tối đa mà động cơ có thể chịu được được đặt tên là "dòng định mức", thấp hơn so với "dòng điện" của động cơ, tức là dòng điện chạy trong dây động cơ khi điện áp được đặt và động cơ bị dừng. Động cơ KHÔNG THỂ chịu đựng được dòng điện của nó, nó sẽ sớm làm tan chảy dây dẫn. Đó là lý do tại sao thiết bị điện tử giới hạn dòng tối đa đến giá trị hiện tại.

Trong bất kỳ động cơ, nguyên tắc cơ bản là rất đơn giản:

• tốc độ quay tỷ lệ thuận với điện áp
• mô-men xoắn tỷ lệ thuận với hiện tại kéo

Động cơ 100 volt là động cơ có thể mất tối đa 100 volt và động cơ 50 volt tối đa 50 volt. Vì động cơ 100 volt có thể mất nhiều volt hơn, nếu tất cả những thứ khác bằng nhau, nó có thể cung cấp cho bạn tốc độ tối đa cao hơn.

Nhưng sự khác biệt về điện áp không ảnh hưởng đến mô-men xoắn. Để có thêm mô-men xoắn để đi lên một ngọn đồi, bạn cần cung cấp cho động cơ của bạn nhiều dòng điện hơn. Một động cơ có thể mất nhiều dòng điện hơn (và bộ điều khiển pin và động cơ có thể cung cấp nhiều dòng điện hơn) sẽ cung cấp cho bạn nhiều mô-men xoắn hơn để giúp bạn lên đồi.

Động cơ điện có thể được thiết kế trên một phạm vi điện áp và dòng điện khá rộng cho cùng tốc độ và mô-men xoắn. Chỉ cần so sánh điện áp hoạt động dự định của hai động cơ sẽ không cho bạn biết nhiều về những gì cuối cùng những động cơ đó có thể làm. Động cơ được thiết kế cho công suất cao thường có xu hướng hoạt động ở điện áp cao hơn, nhưng điều đó chủ yếu là để dòng điện có thể nằm trong giới hạn hợp lý.

Để so sánh hai động cơ cho một công việc cụ thể, bạn phải xem các thông số đầu ra. Đây sẽ là mô-men xoắn, phạm vi tốc độ và sức mạnh.

Hiệu suất cơ học của động cơ tất nhiên sẽ phụ thuộc chủ yếu vào cấu tạo vật lý của nó, không nhất thiết là điện áp danh định của nó. Động cơ công suất cao sẽ hoạt động với điện áp cao hơn, nhưng điều đó không cho bạn biết nhiều.

Tôi sẽ không giải thích chi tiết cụ thể, nhưng có một quy tắc tốt để sử dụng khi bạn muốn ước tính các thông số của động cơ bằng cách nhìn. Một động cơ dài sẽ đạt được rpms cao hơn, và một động cơ rộng sẽ có thể cung cấp nhiều mô-men xoắn hơn. Có lẽ bạn có thể tưởng tượng cách thức hoạt động của nó - một động cơ rộng sẽ có một cánh quạt rộng, do đó lực của từ trường bên trong sẽ tạo ra một mô-men xoắn lớn hơn.

Vì vậy, nếu bạn có hai động cơ có chiều dài giống hệt nhau, nhưng một trong số chúng rộng hơn, bạn có thể mong đợi động cơ rộng hơn có thể tạo ra mô-men xoắn cao hơn.

Theo các thuật ngữ rất cơ bản (câu trả lời của hellowworld có chút khoa học):

Công suất là điện áp * dòng điện (P = IV). Đối với công suất nhất định, giả sử 1000 watt / 1 kW, bạn có thể thiết kế động cơ 10 V sử dụng động cơ 100 A hoặc 100 V sử dụng 10 A cho cùng công suất danh định :

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

Cân nhắc tiếp theo của bạn là làm thế nào các hiệu quả khác nhau xếp chồng lên nhau - đối với mỗi phần của tàu điện sẽ có một số cách tối ưu để xây dựng từng phần mang lại hiệu quả tốt nhất cho giá cả. Ví dụ, nếu bạn chọn tùy chọn 10 V, bạn cần rất nhiều dây nặng (hoặc thanh cái) để xử lý 100 A, trong khi 10 A sẽ chảy hạnh phúc xuống dây nhỏ khá mỏng.

Tuy nhiên, có thể khó chế tạo bộ điều khiển / bộ sạc hoạt động ở 100 V so với 10 V (chắc chắn sẽ an toàn hơn cho người dùng trung bình nếu không có điện áp cao đá xung quanh để họ dính ngón tay vào).

Vì vậy, có một hành động tung hứng được thực hiện để tìm ra cách hệ thống tích lũy - với mỗi watt năng lượng bạn đặt vào, bạn có thể lấy được bao nhiêu năng lượng hữu ích ở đầu kia?

Nó giống như sự khác biệt giữa động cơ V8 lười biếng lớn và động cơ turbo gào thét , cả hai đều có thể tạo ra sức mạnh như nhau, nhưng mỗi câu trả lời là một câu trả lời rất khác nhau cho vấn đề.

Điện áp và dòng điện là những thành phần thiết yếu của năng lượng hay còn gọi là khả năng thực hiện công việc . Để thực hiện công việc bằng máy kéo sợi đòi hỏi một lực tác động quay - mô-men xoắn . Tốc độ mà công việc tiến hành (giới thiệu thời gian) và phép đo trở thành sức mạnh. Nhiều năng lượng hơn - tăng dòng điện hoặc điện áp hoặc cả hai.

Tất cả bạn phải nghĩ là đánh giá năng lượng và điện áp danh định. Nếu điện áp bạn áp dụng cao (phải nằm trong phạm vi điện áp) thì nó có thể mất ít dòng điện và mô-men xoắn ít hơn mà thực sự có thể tìm thấy từ đường cong mô-men xoắn tốc độ cho một điện áp cố định.

Điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ, và mô-men xoắn tỷ lệ với dòng điện. Dòng điện tối đa nó có thể lấy là dòng định mức và mô-men xoắn tương ứng có thể được tìm thấy từ đường cong mô-men tốc độ (như bạn biết tốc độ từ điện áp (vòng / phút = k * v)) trong đó k là hằng số tốc độ của động cơ).