Proč mají střídavé motory hodnocení kv?

Výstup točivého momentu elektromotoru je přímo úměrný proudu motoru (ne napětí!) a proudu (I) se zhruba rovná

$$ I = \ dfrac {V- \ varepsilon} {R} $$

Kde V je napájecí napětí motoru, R je odpor vinutí a ε je zpětná elektromotorická síla (zadní EMF).

KV a zadní EMF

Zadní EMF je napětí, které by bylo na svorkách motoru, když se motor otáčí, aniž by k němu bylo cokoli připojeno. Toto napětí je generováno motorem, který funguje jako alternátor, pokud chcete, a je přímo úměrné rychlosti otáčení. Hodnocení KV není nic jiného než jiný způsob, jak vyjádřit vztah mezi rychlostí otáčení a zpětným EMF (KV ≈ RPM / ε). Omezuje maximální otáčky motoru při daném napětí baterie, protože při určitých otáčkách závislých na KV zpětný EMF “ zruší “ napětí baterie. Tím se zabrání tomu, aby do motoru proudil další proud, a tím se sníží točivý moment na nulu.

Při prvním zapnutí motoru jsou otáčky nulové. To znamená, že zadní EMF je také nulový, takže jediné, co omezuje proud motoru, je odpor vinutí a napájecí napětí. Pokud měl ovladač motoru (ESC) vydávat plné napětí baterie do motoru při nízkých otáčkách, motor a / nebo ESC by se jen roztavily.

Napětí, frekvence, plyn a otáčky

V režimech řízení střídavého motoru s uzavřenou smyčkou nejsou otáčky motoru (jejichž výstupní frekvence je funkcí) přímo řízeny. Škrtící klapka místo toho řídí výstupní napětí a ESC neustále upravuje výstupní frekvenci v reakci na fázový posun mezi úhlem rotoru a průběhem pohonu. Fáze zadního EMF říká ESC bez senzoru přímo aktuální úhel rotoru, zatímco senzorové ESC používají senzory Hallova jevu pro stejný účel.

Dělat věci opačně (přímé nastavení frekvence a ovládání napětí v reakci na měřený fázový posun) by se stalo jemným vyvažovacím činem:

• Nastavení příliš nízkého napětí by umožnilo protékat příliš málo proudu, což by omezovalo točivý moment. Pokud točivý moment poklesne, ale zátěž zůstane konstantní, motor musí zpomalit, což vede k okamžité ztrátě synchronizace.

• Příliš mnoho napětí by způsobilo tok nadměrného proudu, plýtvání energií a zahřívání zbytečně motor a ESC.

Optimální bod účinnosti je tedy nestabilní s “ frekvencí nejprve “ ovládání. Řídicí smyčka by ji mohla udržet blízko, ale pokud ESC nemůže dostatečně rychle reagovat na zátěž, dojde k přechodné ztrátě synchronizace. To neplatí pro “ napětí nejprve “ řízení, kde přechodové zatížení jen způsobí okamžité snížení rychlosti bez negativních účinků.

ESC používané v RC vrtulnících s kolektivní roztečí často mají „, která udržuje stálé otáčky motoru úměrné nastavení škrticí klapky. Ani tyto ESC ve skutečnosti nekontrolují frekvenci přímo, místo toho implementují PID regulátor, který nastavuje napětí v reakci na rozdíl mezi požadovanou a skutečnou frekvencí.

ESC “ časování “

Nastavení časování motoru ESC upravuje žádanou hodnotu tohoto mechanicko-elektrického fázového posuvu: Vysoké časování znamená, že výstup ESC vede polohu snímaného rotoru např. 25 stupňů, zatímco při nízkém načasování je tento fázový posun udržován mnohem blíže k nule. Nastavení vysokého načasování produkuje více energie méně efektivně.

Točivý moment

Normální RC ESC nemohou provádět konstantní řízení točivého momentu nebo omezování točivého momentu, protože jim chybí proudové snímací obvody jako měřítko úspory nákladů a hmotnosti . Výstup točivého momentu není nijak řízen; motor vyprodukuje tolik točivého momentu (a úměrně tomu odebírá tolik proudu), kolik při dané rychlosti vyžaduje zátěž.Aby se zabránilo rychlým úderům škrticí klapky v přetížení ESC, baterie nebo motoru (protože překonání setrvačnosti vytváří potenciálně neomezený točivý moment), mají ESC obvykle limity pro zrychlení a napětí při dané frekvenci.

Brzdění

Pokud se motor stále otáčí externími prostředky, zatímco je napětí sníženo, nakonec bude zadní EMF větší než úroveň, kterou se ESC pokouší řídit. To způsobí záporný proud a brzdí motor. Takto vyrobená elektřina se buď rozptýlí v motorových cívkách, nebo se vrací zpět do napájecího zdroje / baterie, v závislosti na použitém režimu rozpadu PWM.

Komentáře

• Děkujeme za podrobné vysvětlení @jms. Takže pokud správně rozumím, zvýšení plynu zvyšuje amplitudu střídavého signálu na 3 vodičích motoru, což na okamžik vytvoří fázový posun, který esc detekuje (se zpětným emf?) A podle toho změní svůj frekvenční výstup?
• @ThomasKirven To je ‚ správné a velmi pěkný způsob, jak to vyjádřit.
• Mělo by to být jasné “ hodnocení kv “ nemá nic společného s točivým momentem
• @ TonyStewart.EEsince ‚ 75 Zatímco jsou zcela odlišné parametry, existuje kompromis mezi těmito dvěma: Když si koupíte dva motory stejné velikosti, hmotnosti a designu, ale jeden je navinut na vyšší KV než druhý, bude se vysoký motor KV točit rychleji a generovat menší točivý moment při stejném příkonu.
• ano, samozřejmě jako ozubená kola na kole, točivý moment vs rychlost, ale nesouvisí s výkonem HP nebo skutečným výkonem

Gen ESC hodnotí 3fázový střídavý proud. A podle toho, čemu rozumím, frekvence kmitočtu střídavého proudu zcela určuje rychlost motoru a amplituda (špičkové napětí mínus minimální napětí) průběhu je víceméně konstantní. Pro mě to vypadá, že napětí ve skutečnosti nemá nic společného s určováním rychlosti střídavého motoru.

Omlouváme se, ale všechno je špatně. Motory používané v kvadrokoptérách jsou střídavé stejnosměrné motory (BLDC), které jsou ekvivalentní stejnosměrnému motoru s kartáčem, ale s elektronickou komutací.

Rychlost motoru je dána napětím („back-emf“), které motor generuje při otáčení, ne komutační frekvencí (která musí následovat v kroku blokování s otáčení motoru nebo se neotáčí). BLDC motory mají permanentní magnety, takže zpětný emf je přímo úměrný otáčkám za minutu. Back-emf se rovná aplikovanému napětí minus pokles napětí napříč odporem a indukčností vinutí a motor se zrychlí nebo zpomalí, protože čerpá proud potřebný k vytvoření točivého momentu absorbovaného zátěží – přesně stejný jako kartáčovaný stejnosměrný motor.

ESC řídí otáčky motoru změnou napětí, které je na něj přivedeno. Obvykle se to provádí pomocí PWM, takže špičkové napětí se vždy rovná napětí baterie, ale průměrné napětí (na které motor reaguje) se liší podle poměru zapnutí / vypnutí PWM. ESC produkuje jakoukoli komutační frekvenci, kterou motor vyžaduje, podobně jako kotva v kartáčovaném motoru způsobuje přepínání komutátoru na frekvenci, kterou požaduje.

Takže použité napětí má vše co do činění s otáčkami motoru. Proto mají tyto motory hodnocení Kv – to je základní parametr pro určení, jaké otáčky lze dosáhnout s konkrétním napětím. Jelikož výkon pohlcený vrtulí je úměrný 3. výkonu ot / min a 4. výkonu průměru vrtule, je Kv kritickým parametrem při porovnávání složek kvadrokoptéry.

Uvedená hodnota Kv měly by být teoretické otáčky při 1 V, když motor nečerpá žádný proud. Obvykle se však počítá jednoduchým dělením naměřených otáček naprázdno použitým napětím, což dává o něco nižší (nesprávnou) hodnotu. A stejně jako lze zvýšit rychlost kartáčovaného motoru posunutím kartáčů, tak i střídavý ESC může zvýšit efektivní Kv BLDC motoru posunutím komutačního časování. Přidejte k tomu výrobní tolerance a špatnou kontrolu kvality a není obvyklé, aby motor měl skutečnou Kv 20% vyšší nebo nižší, než je jeho specifikace.

Motory určené pro jiná použití často nemají hodnocení Kv, protože se to nepovažuje za tak důležité. Obvykle se však poskytují otáčky naprázdno při jmenovitém napětí, z nichž lze odvodit Kv. Motor Může být také uvedena konstanta točivého momentu (Kt). Kv je inverzní k Kt.

Komentáře

• Zdá se být zavádějící mluvit o napětí aplikovaném na motor, protože signál je střídavý a vždy se mění. Kdybych měřil výstup křivky ESC při připojení ke skutečnému motoru, skutečně bych viděl, jak křivka roste v amplitudě při vyšších hodnotách škrticí klapky ??
• Aby se získal ekvivalentní komutovaný stejnosměrný motor stejnosměrného motoru nebo skutečný průměrný stejnosměrný proud aplikovaný na ESC, který generuje PWM modulovaný stejnosměrný proud, musí být napětí převedeno z RMS na DC. Ignorujte komutaci ESC a 3 fáze, abyste tomu porozuměli. Nejedná se o pohon s proměnnou frekvencí.
• “ Kdybych měřil výstup křivky ESC při připojení ke skutečnému motoru, skutečně bych viděl růst křivky v amplitudě při vyšších hodnotách škrticí klapky ?? “ – Nějaké. Viděli byste obdélníkovou vlnu PWM s rostoucím pracovním cyklem při vyšších hodnotách škrticí klapky. Vlna PWM je plochá pro 1 komutační krok, poté lineárně rampuje dolů / nahoru pro 2 kroky, aby se dostala k opačné polaritě (průměrné napětí sledující lichoběžníkový průběh). Toto je ‚ AC ‚ na frekvenci komutace, ale ‚ zprůměrováno DC ‚ na frekvenci PWM.
• @Tony Stewart, tady se to komplikuje. Při nízkofrekvenčním PWM se proud plně zapíná a vypíná, takže motor reaguje na rms napětí PWM vlny ‚ a křivka škrticí klapky je nelineární (více energie, než se očekávalo při nízké plyn, ale také více topení a nižší účinnost). Když se zvýší frekvence PWM, indukčnost motoru ‚ zvyšuje plynulost toku proudu, takže se napěťová odezva posune z efektivní hodnoty na průměr a křivka škrticí klapky se stane lineární.
• pokud je rychlost komutace pro ESC příliš rychlá, převrátí se a vypadne z oblohy .. možná nízkotlaké místo způsobující rychlé zvýšení otáček.

Proč mají střídavé motory hodnocení kv?

„Hodnocení kv“ nemá nic společného s očekávaným točivým momentem, proudem, výkonem, tahem, zdvihem nebo přetažením

• Výjimkou je relativní točivý moment, který se může měnit s počtem magnetů a počtem vinutí statoru na otáčku, takže jako u převodů lze tento poměr upravit. Takže v jistém smyslu jsou motory stejné velikosti s relativně vyššími hodnotami kv vyrobeny pro vyšší rychlost a menší zdvih.

Je to založeno na počtu magnetů, počtu vinutí statoru na otáčku, počtu fází na pól a nemá žádnou indikaci výkonu.

Je to čistě rychlost otáčení, která generuje zpět napětí EMF tak, aby odpovídalo použitému napětí. K této shodě dochází pouze bez zátěže a odpor snižuje tento poměr až o 10% s nárůstem směrem ke jmenovitému napětí v závislosti na vlastních ztrátách. (např. Vířivý proud, tření, obecně malý ve srovnání s výkonem k dispozici. Změnou vzoru statoru vinutí nebo změnou počtu magnetů se změní počet otáček za minutu u stejného použitého materiálu, jako je převodový poměr na kole.

• • Ukázkové výpočty s různými magnety, určení rotace pole

    • celkové magnety / 2 = faktor rotace pole

    • Faktor rotace pole * kV = magnetický cyklus / V

    • Takže se 14 magnety, faktor rotace pole = 7, rotace pole = 7609 cyklů / v

    • Pro 2200 kv:

      • 14 magnet – 2200 * 7 = 154000 cyklů / V
      • 10 magnetů – 2200 * 5 = 11000 cyklů / V
      • 8 magnetů – 2200 * 4 = 8800 cyklů / V

Síla je funkcí proudu a zatížení je hodnoceno EITHER lineární zatížení nebo nelineární zatížení aerodynamické podpěry. nebo přírůstkové lineární zatížení ve smyslu gm / W nebo gm / A kde gm je tah podpěry.

Miniatura pozadí teorie (zjednodušená)

• Je založena na fyzikálních zákonech definovaných Maxwellem a hlouběji Heavisidem a Lorenzem, který dokázal, že tato síla na náboj q je součin součtu pole E a rychlosti pole B.

Takže říkají vektorové rovnice. F = q (E + vxB)

Lorenzova síla , F působící na částice elektrického náboje q s okamžitou rychlostí v, v důsledku vnějšího elektrického pole E a magnetického pole B. Tuto sílu nazýváme Elektromagnetická síla a je vyrovnána zpětným EMF bez zátěže.

Úhlová rychlost na volt je složitější s počtem pólů statoru a pólů rotoru, které poskytují poměrovou přeměnu a komutaci proudu motoru je automaticky obrácen jen přiměřený počet obloukových sekund po nulovém magnetickém poli, aby nedošlo k zastavení.(selhání návrhu / procesu)

Rychlost magnetického náboje je tedy úměrná intenzitě pole, která je způsobena napětím, a označuje se také jako síla pole zpětného EMF

Komentáře

• Ti, kteří mohou najít chybu, to musí dokázat, ti, kteří uznávají pravdu, by to měli schválit
• To je technicky správné, takže jsem vynuloval (+1) své hlasy, ale určitě existuje mnohem srozumitelnější způsob, jak to říci tak, jak se ‚ snažíte vyjádřit.
• im přidání +1 také, to pokrývá, odkud konstanty pocházejí. Přidal jsem odpověď spojující Kv, Kt a Ke
• @Daniel souhlasil, ale teorie je jen vržena, aby ukázala kořeny magnetických principů, které jsou mnohem složitější než tento čtenář ‚ s verzí digestu. BEMF lze interpretovat různými způsoby, ale vždy odpovídá Vin bez zátěže, bez ohledu na to, zda jde o megawattový nebo milliwattový motor.
• Znát jakékoli zdroje, které to vysvětlují svižně, až do časově proměnných polí použitých v maxwellovy rovnice?

Hodnocení KV odkazuje na maximum otáček / volt, kterých lze u motoru dosáhnout – takže motor s 2300 KV při 1 V by pracoval při rychlostech až 2300 ot / min, bez ohledu na frekvenci. Čím nižší je napětí, tím nižší je maximální točivý moment, který může motor vytvářet. Pokud byste chtěli zvýšit frekvenci a pokusit se ji spustit vyšší rychlostí, motor by neměl dostatek točivého momentu k překonání tření při této rychlosti a zablokování.

Komentáře

• Je to tedy skutečný nulový točivý moment RPM pro toto napětí? tj. je to špičkové napětí vlnového průběhu, když jej roztočíte vrtačkou při těchto otáčkách?
• otáčky s nulovým točivým momentem budou obvykle někde nad hodnocením KV – hodnocení KV je jen bod, kde může motor poskytnout přiměřené množství točivého momentu a jeho běh na vyšší frekvenci může způsobit snížení točivého momentu, nespolehlivý provoz nebo případně zablokování, když již nemůže překonat tření.
• Máte další informace, které můžete přidat ke své odpovědi jako kde a proč bylo toto hodnocení vyvinuto? Zdá se, že je to docela omezeno na kvadrokoptéry a podobné trhy.
• Je to ‚ těžké říct, ale pravděpodobně to bylo vyvinuto RC průmyslem jako způsob hodnocení motorů pro bezpečnou maximální rychlost. Nikdy jsem to neviděl na střídavých motorech určených pro jiné než RC aplikace.
• Takže amplituda signálu, který produkuje ESC, není ve skutečnosti konstantní?

Pro stroj BLDC existují dvě klíčové konstanty

\ $ K_t \ $ s jednotkami Nm / A

\ $ K_e \ $ s jednotkami V / \ $ \ omega \ $ (špičkové síťové napětí)

Pro ideální BLDC stroj \ $ K_t \ equiv K_e \ $, ale vzhledem ke specifikům, kde jsou tyto dvě konstanty definované (\ $ K_e \ $ je napětí na otevřeném terminálu & \ $ K_t \ $ je produkce točivého momentu při jmenovitém proudu) \ $ K_t \ $ má tendenci být nižší kvůli saturace statoru

Co to má dělat s motory BLDC pro kvadrotory & \ $ K_v \ $

No \ $ K_v \ $ je pouze převrácená hodnota \ $ K_e \ $ ONCE převedená na otáčky za minutu.

Protože kvadrotory a taková RC zařízení jsou obvykle omezena napájecím napětím, tato konstanta otáček vám řekne, jaké rychlosti rotoru lze dosáhnout ( vyloženo) pro a danou baterii. Podobně můžete odhadnout točivý moment, který lze vytvořit v důsledku vztahu mezi těmito konstantami.

Úlohou ESC je udržovat tok statoru na 90 stupních vzhledem k toku rotoru. To se provádí pomocí polohového senzoru, jako je halový prvek, nebo pomocí zpětného EMF snímání – bezsenzorové řízení.
Dále může ESC vydávat sinusový třífázový výstup, tzv. FOC (Field Oriented Control) nebo čtvercové napětí, kde pouze dvě cívky jsou připojeny současně, třetí zůstává plovoucí.
Není pravda, že rotor sleduje pole statoru, spíše naopak – je to pole statoru, které sleduje polohu rotoru. S FOC je amplituda vektorového napětí statoru konstantní a rotuje vzhledem k poloze rotoru. Aby se motor roztočil, musí být napětí vyšší než napětí generované zpětným EMF. Zde hraje roli faktor Kv.

Nejste si jisti, proč je to v této souvislosti citováno.

Mělo by to být V / krpm. nebo volty / 1 000 otáček za minutu. Možná bych pochopil krátkou ruku V / k, ale kv je kilo voltů.
Možná volty mezi nohama na motoru nebo nohou a neutrálem mohou být velký, ale konvence je mezi 2 nohami vedení motoru.Hádal bych, že je to proto, že je jednodušší, pokud neexistuje žádný neutrální vodič.

Komentáře

• Ne, kilovolty se zapisují jako ‚ kV ‚, ne ‚ kv ‚. Viz en.wikipedia.org/wiki/… .