Miksi harjattomilla moottoreilla on kv-luokitus?

Sähkömoottorin vääntömomentti on suoraan verrannollinen moottorin virtaan (ei jännitteeseen!) ja virtaan (I) on suunnilleen sama kuin

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

Missä V on moottorin syöttöjännite, R on käämityksen vastus ja ε on taka-sähkömoottorivoima (takana oleva EMF).

KV ja taka-EMF

Takana oleva EMF on jännite, joka olisi moottoriliittimissä moottorin pyöriessä ilman, että siihen olisi kytketty mitään. Tämän jännitteen tuottaa moottori, joka toimii generaattorina, jos haluat, ja se on suoraan verrannollinen pyörimisnopeuteen. KV-luokitus on vain toinen tapa ilmoittaa pyörimisnopeuden ja takaisin-EMF: n (KV ≈ RPM / ε) suhde. Se rajoittaa moottorin suurinta nopeutta millä tahansa akun jännitteellä, koska joillakin KV: stä riippuvaisilla nopeuksilla back-EMF ” peruuttaa ” akun jännite. Tämä estää enää virtaa virtaamasta moottoriin ja vähentää siten vääntömomentin nollaan.

Kun käynnistät moottorin ensimmäisen kerran, nopeus on nolla. Tämä tarkoittaa, että myös taka-EMF on nolla, joten moottorin virtaa rajoittavat vain käämityksen vastus ja syöttöjännite. Jos moottorin ohjain (ESC) tuottaisi koko akun jännitteen moottorille pienillä nopeuksilla, moottori ja / tai ESC vain sulaisivat.

Jännite, taajuus, kaasu ja nopeus

Suljetun piirin harjattomissa moottoreiden ohjausjärjestelmissä moottorin nopeutta (jonka lähtötaajuus on funktio) ei hallita suoraan. Kuristin sen sijaan ohjaa lähtöjännitettä ja ESC säätää jatkuvasti lähtötaajuutta vastauksena roottorin kulman ja käyttöaaltomuodon väliseen vaihesiirtoon. Takaosan EMF: n vaihe kertoo sensoritonille ESC: ille suoraan roottorin nykyisen kulman, kun taas sensoroidut ESC: t käyttävät hall-efektiantureita samaan tarkoitukseen.

Tee asioita toisin päin (asettamalla taajuus suoraan ja säätämällä jännite vasteena mitattuun vaihesiirtoon) muuttuisi hienoksi tasapainotukseksi:

• Jännitteen asettaminen liian matalaksi antaisi liian pienen virran virtauksen ja rajoittaisi vääntömomenttia. Jos vääntömomentti putoaa, mutta kuorma pysyy vakiona, moottorin on hidastuttava, mikä johtaa välittömään synkronoinnin menetykseen. moottori ja ESC tarpeettomasti.

Siksi optimaalinen hyötysuhde on epävakaa ” -taajuuden ollessa ensin ” hallinta. Ohjaussilmukka voisi pitää sen lähellä, mutta jos ESC ei pysty reagoimaan riittävän nopeasti kuormitukseen, tapahtuu synkronoinnin ohimenevä menetys. Tämä ei päde ” -jännitteeseen ensin ” -ohjaus, jossa kuorman ohimenevä nopeus pienenee vain hetkellisesti ilman haitallisia vaikutuksia.

Kollektiivisissa RC-helikoptereissa käytetyillä ESC: llä on usein ” kuvernööri ” -toiminto, joka ylläpitää kiinteää moottorin nopeutta suhteessa kaasun asetukseen. Jopa nämä ESC: t eivät itse ohjaa taajuutta suoraan PID: n sijasta. ohjain, joka asettaa jännitteen halutun ja todellisen taajuuden väliseksi erotukseksi.

ESC ” ajoitus ”

ESC: n moottorin ajoitusasetus säätää tämän mekaanisen-sähköisen vaihesiirron asetusarvoa: Korkea ajoitus tarkoittaa, että ESC-lähtö johtaa havaitun roottorin asennon esimerkiksi 25 astetta, kun taas matalalla ajoituksella tämä vaihesiirto pidetään paljon lähempänä nollaa. Korkea ajoitusasetus tuottaa enemmän tehoa vähemmän tehokkaasti.

Vääntömomentti

Normaalit RC-ESC: t eivät pysty säätämään vääntömomenttia jatkuvasti tai rajoittamaan momenttia, koska niiltä puuttuu virran tunnistinpiiri kustannus- ja painonsäästötoimina . Vääntömomenttia ei hallita millään tavalla; moottori tuottaa vain niin paljon vääntöä (ja vetää suhteellisesti niin paljon virtaa) kuin kuorma vaatii tietyllä nopeudella.Estääkseen nopeat kaasuläpät ylikuormittamasta ESC: tä, akkua ja / tai moottoria (koska inertian voittaminen tuottaa potentiaalisesti rajoittamattoman vääntömomentin), ESC: llä on yleensä rajoitukset kiihtyvyydelle ja jännitteelle tietyllä taajuudella.

Jarrutus

Jos moottori pyörii ulkoisilla keinoilla samalla kun jännitettä lasketaan, takana oleva EMF kasvaa lopulta sitä tasoa, jota ESC yrittää ajaa. Tämä aiheuttaa negatiivista virtaa ja jarruttaa moottoria. Näin tuotettu sähkö joko haihtuu moottorikäämeissä tai syötetään takaisin virtalähteeseen / akkuun käytetyn PWM hajoamistilan mukaan.

Kommentit

• Kiitos yksityiskohtaisesta selityksestä @jms. Joten jos ymmärrän oikein kuristimen lisäämisen, AC-signaalin amplitudi kasvaa 3 moottorijohdossa, mikä luo hetkellisesti vaihesiirron, jonka esc havaitsee (back emf: n kanssa?) Ja muuttaa sitten sen taajuuslähtöä vastaavasti?
• @ThomasKirven Se on ’ oikea ja erittäin mukava tapa sanoa.
• Se on tehtävä selväksi ” kv-arvolla ” ei ole mitään tekemistä vääntömomentin kanssa
• @ TonyStewart.EEsince ’ 75 ovat täysin erillisiä parametreja, näiden kahden välillä on kompromissi: Kun ostat kaksi samankokoista, massa- ja muotoilumoottoria, mutta toinen on kiedottu korkeammalle KV: lle kuin toinen, korkea KV-moottori pyöri nopeammin ja tuottaa vähemmän vääntöä samalla tehonsyötöllä.
• kyllä tietysti kuten pyörän vaihteet, vääntömomentti vs. nopeus, mutta ei liity HP: hen tai todelliseen tehoon

ESC-geeni 3-vaiheinen vaihtovirta. Ja ymmärränni AC-aaltomuodon taajuus määrittää täysin moottorin nopeuden, ja aaltomuodon amplitudi (huippujännite miinus alijännite) on enemmän tai vähemmän vakio. Minusta tämä näyttää siltä, että jännitteellä ei todellakaan ole mitään tekemistä harjattoman moottorin nopeuden määrittämisen kanssa.

Anteeksi, mutta tämä on väärin. Nelikoptereissa käytetyt moottorit ovat harjattomat tasavirtamoottorit (BLDC), jotka vastaavat harjattua tasavirtamoottoria, mutta elektronisella kommutatiolla.

Moottorin nopeus määräytyy jännitteen (”back-emf”) mukaan, jonka moottori tuottaa pyörimisen aikana, ei kommutointitaajuutta (jota on noudatettava lukitusvaiheessa moottorin pyöriminen tai se ei pyöri). BLDC-moottoreissa on kestomagneetit, joten back-emf on suoraan verrannollinen kierrosta minuutissa. Back-emf on yhtä suuri kuin käytetty jännite miinus jännitteen pudotus käämityksen vastuksen ja induktanssin yli, ja moottori kiihtyy tai hidastuu vetämällä virran, joka vaaditaan kuorman absorboiman vääntömomentin tuottamiseksi – täsmälleen sama kuin harjattu tasavirtamoottori.

ESC ohjaa moottorin nopeutta muuttamalla siihen kohdistettua jännitettä. Yleensä tämä tehdään PWM: llä, joten huippujännite on aina yhtä suuri kuin akun jännite, mutta keskimääräinen jännite (johon moottori reagoi) vaihtelee PWM: n päälle / pois-suhteen mukaan. ESC tuottaa mitä tahansa kommutointitaajuutta, jota moottori vaatii sille, samalla tavalla kuin harjatun moottorin ankkuri saa kommutaattorin vaihtamaan haluamallaan taajuudella.

Joten käytetyllä jännitteellä on kaikki tekemistä moottorin nopeuden kanssa. Siksi näillä moottoreilla on Kv-luokitus – se on olennainen parametri määritettäessä, mikä kierrosluku voidaan saavuttaa tietyllä jännitteellä. Koska potkurin ottama teho on verrannollinen kierrosluvun 3. tehoon ja potkurin halkaisijan neljänteen tehoon, Kv on kriittinen parametri sovitettaessa nelikopterin komponentteja.

Määritetty Kv-arvo pitäisi olla teoreettinen kierrosluku 1 V: lla, kun moottori ei kuluta virtaa. Se lasketaan kuitenkin yleisesti jakamalla mitattu kuormittamaton kierrosluku käytetyllä jännitteellä, mikä antaa hieman pienemmän (väärän) arvon. Ja samoin kuin harjatun moottorin nopeutta voidaan lisätä harjoja eteenpäin, niin harjaton ESC voi lisätä BLDC-moottorin tehokasta Kv: tä edistämällä kommutointiajoitusta. Lisää valmistustoleranssit ja huono laadunvalvonta, eikä ole tavallista, että moottorin todellinen Kv on 20% korkeampi tai pienempi kuin sen tekniset tiedot.

Muuhun käyttöön tarkoitetuilla moottoreilla ei usein ole Kv-luokitusta, koska sitä ei pidetä niin tärkeänä. Kuitenkin yleensä annetaan nimellisjännitteellä kuormittamaton kierrosluku, josta Kv voidaan johtaa. Vääntömomentivakio (Kt) voidaan myös määrittää. Kv on käänteinen Kt.

Kommentit

• Tuntuu harhaanjohtavalta puhua moottoriin kohdistetusta jännitteestä, koska signaali on vaihtovirta ja aina vaihteleva. Jos mittaisin ESC: n aaltomuodon ulostulon ollessaan kytkettynä varsinaiseen moottoriin, saisinko todella nähdä aaltomuodon kasvavan amplitudissa suuremmilla kaasuläpän arvoilla?
• Jännite on muunnettava RMS: stä DC: ksi, jotta saadaan ekvivalentti kommutoitu harjatyyppinen DC-moottori tai todellinen keskimääräinen DC, joka syötetään ESC: lle, joka tuottaa PWM-moduloidun DC: n. Ohita ESC-kommutointi ja 3 vaihetta sen ymmärtämiseksi. Se ei ole muuttuvan taajuuden ohjauskäyttö.
• ” Jos mittaisin ESC: n aaltomuodon lähdön ollessaan kytkettynä varsinaiseen moottoriin, näisinkö aaltomuodon todella kasvavan amplitudissa suuremmilla kaasuarvoilla ?? ” – Lajittele. Näet PWM-neliöaallon, jonka käyttöjakso kasvaa suuremmilla kaasuarvoilla. PWM-aalto on tasainen 1 kommutointivaiheen kohdalla, sitten ramppi alas / ylös lineaarisesti 2 askelta päästäksesi vastakkaiseen napaisuuteen (keskimääräinen jännite, joka jäljittää puolisuunnikkaan muotoisen aaltomuodon). Tämä on ’ AC ’ kommutointitaajuudella, mutta ’ keskiarvo DC ’ PWM-taajuudella.
• @Tony Stewart tässä se mutkistuu. Pienitaajuisella PWM: llä virta kytkeytyy kokonaan päälle ja pois päältä, joten moottori reagoi PWM-aallon ’ rms-jännitteeseen, ja kuristinkäyrä on epälineaarinen (enemmän tehoa kuin odotetaan matalalla mutta myös enemmän lämmitystä ja alhaisempi hyötysuhde). Kun PWM-taajuutta kasvatetaan, moottorin ’ induktanssi tekee virrasta tasaisemman, joten jännitevaste siirtyy rms: stä keskiarvoon ja kuristinkäyrästä tulee lineaarinen.
• ja jos kommutointiaste on liian nopea ESC: lle, se kääntyy ja putoaa taivaalta .. ehkä matalapainepiste aiheuttaa nopean kierrosnopeuden kasvun.

Miksi harjattomilla moottoreilla on kv-luokitus?

”kv Rating” ei ole mitään tekemistä odotetun vääntömomentin, virran, tehon, työntövoiman, noston tai vetämisen kanssa

• Poikkeuksena on, että suhteellinen vääntömomentti voi muuttua magneettien lukumäärän ja staattorikäämien määrän kierrosta kohden, joten vaihteiden tapaan tätä suhdetta voidaan muuttaa. Joten tavallaan samankokoiset moottorit, joilla on suhteellisen korkeat kv-arvot, tehdään suuremmalle nopeudelle ja pienemmälle nostolle.

Se perustuu magneettien lukumäärään, staattorikäämien lukumäärään kierrosta kohti, vaihetta napaa kohden, eikä sillä ole merkkejä tehosta.

Pelkästään pyörimisnopeus tuottaa takaisin EMF-jännite vastaamaan käytettyä jännitettä. Tämä ottelu tapahtuu vain ilman kuormaa ja vetovoima pienentää tätä suhdetta jopa 10% kasvamalla kohti nimellisjännitettä riippuen luontaisista häviöistä. (esim. Pyörrevirta, kitka, yleensä pieni verrattuna tehoon Staattorikuvion muuttaminen tai magneettien lukumäärän muuttaminen muuttaa kierrosluvun suhdetta volttia kohden samalle materiaalille kuin pyörän välityssuhde.

• • Esimerkkilaskelmat useilla magneeteilla, määritä kentän kierto

    • magneetit yhteensä / 2 = kentän kiertokerroin

    • Kentän kiertokerroin * kV = magneettinen sykli / V

    • Joten 14 magneetilla kentän kiertokerroin = 7, siis kentän kierto = 7609 sykliä / v

    • 2200 kv: lle:

      • 14 magneettia – 2200 * 7 = 154000 sykliä / V
      • 10 magneettia – 2200 * 5 = 11000 sykliä / V
      • 8 magneettia – 2200 * 4 = 8800 sykliä / V

Virta on virran ja vain kuormituksen funktio on luokiteltu JOKA aerodynaamisen potkurin lineaarinen tai epälineaarinen kuorma. tai inkrementaalinen lineaarinen kuorma gm / W tai gm / A missä gm on potkurin työntövoima.

Teorian taustakuva (yli yksinkertaistettu)

• Se perustuu Maxwellin määrittelemiin fysiikan lakeihin ja Heaviside ja Lorenz, jotka todistivat, että tämä varauksen q voima on E-kentän summan ja B-kentän nopeuden tulo.

Joten vektoriyhtälöt sanovat. F = q (E + vxB)

Lorenz-voima , F, joka vaikuttaa ulkoisen sähkökentän E ja magneettikentän B aiheuttamaan hetkellisen nopeuden v sähkövarauksen q hiukkaseen. Tätä voimaa kutsutaan Sähkömagneettinen voima ja sitä yhdistää taka-EMF ilman kuormaa.

Kulmanopeus volttia kohti on monimutkaisempi, staattorin napojen ja roottorin napojen lukumäärä antaa ratiometrisen muunnoksen ja moottorin virran kommutaation. kääntyy automaattisesti vain riittävän monta kaarisekuntia magneettikentän nollan jälkeen umpikujan varmistamiseksi.(suunnittelu- / prosessivirhe)

Siten magneettinen latausnopeus on verrannollinen jännitteestä johtuvaan kentän voimakkuuteen ja sitä kutsutaan myös nimellä Back EMF -kentän voimakkuus

Kommentit

• Niiden, jotka löytävät vian, on todistettava se, totuuden tunnustavien on hyväksyttävä se
• Tämä on teknisesti oikein, joten nollasin (+1) äänesi, mutta on varmasti paljon ymmärrettävämpi tapa sanoa tämä tavalla, jolla ’ yrität ilmaista sen.
• im lisäämällä myös +1, tämä kattaa vakioiden lähtöpaikat. Olen lisännyt vastauksen, joka yhdistää Kv: n, Kt: n ja Ke: n
• @Daniel suostui, mutta teoria heitetään vain osoittamaan magneettisten periaatteiden juuret, jotka ovat paljon monimutkaisempia kuin tämä lukija ’ tiivistelmä. BEMF: ää voidaan tulkita eri tavoin, mutta se sovittaa aina Vinin ilman kuormaa riippumatta siitä, onko moottori megawatti vai milliwatti.
• Tiedä lähteistä, jotka selittävät tämän rakeisella yksityiskohdalla, aina käytetyn ajan vaihteleviin kenttiin saakka. maxwell-yhtälöt?

KV-luokitus viittaa suurin kierrosluku / voltti, joka voidaan saavuttaa moottorilla – joten 2300 KV: n moottori 1 V: lla toimisi nopeuksilla 2300 RPM asti taajuudesta riippumatta. Mitä pienempi jännite, sitä pienempi moottorin suurin vääntömomentti voi olla. Jos haluat lisätä taajuutta ja yrittää käyttää sitä suuremmalla nopeudella, moottorilla ei ole tarpeeksi vääntömomenttia kitkan voittamiseksi tällä nopeudella ja jumissa.

Kommentit

• Onko siis todellinen nollamomentti RPM tälle jännitteelle? ts. onko se aaltomuodon huippujännite, kun pyörität sitä poralla kyseisellä kierrosnopeudella?
• Nollamomentin kierrosluku on yleensä jossain KV-luokituksen yläpuolella – KV-luokitus on vain piste, jossa moottori voi tarjota kohtuullinen määrä vääntömomenttia ja sen käyttäminen suuremmalla taajuudella voi aiheuttaa pienemmän vääntömomentin, epäluotettavan toiminnan tai lopulta pysähtymisen, kun se ei enää pysty voittamaan kitkaa.
• Onko sinulla lisätietoja, jotka voit lisätä vastaukseesi kuten missä ja miksi tämä luokitus kehitettiin? Se näyttää olevan melko rajoitettu quad-koptereihin ja vastaaviin markkinoihin.
• Sitä on ’ vaikea sanoa, mutta RC-teollisuus on luultavasti kehittänyt sen. tapa arvioida moottoreita turvallisen enimmäisnopeuden saavuttamiseksi. En ole koskaan nähnyt tätä harjattomissa moottoreissa, jotka on tarkoitettu muihin kuin RC-sovelluksiin.
• Joten ESC: n tuottaman signaalin amplitudi ei todellakaan ole vakio?

BLDC-koneessa on kaksi avainkonstantia

\ $ K_t \ $ yksiköillä Nm / A

\ $ K_e \ $ yksiköillä V / \ $ \ omega \ $ (linjan huippujännite)

Ihanteelliseen BLDC-koneeseen \ $ K_t \ equiv K_e \ $, mutta erityispiirteiden vuoksi, missä nämä kaksi määritettyä vakiota (\ $ K_e \ $ on avoimen jännitteen & \ $ K_t \ $ vääntömomentti nimellisvirralla) \ $ K_t \ $ on yleensä pienempi staattorin kylläisyys

Mitä tällä on BLDC-moottoreilla kvadrotoreille & \ $ K_v \ $

No \ $ K_v \ $ on vain \ $ K_e \ $ ONCE: n vastavuoroisuus muunnettuna rpm: ksi.

Koska kvadrotorit ja tällaiset RC-laitteet ovat yleensä syöttöjännitteitä, tämä rpm-vakio kertoo sinulle saavutettavan roottorin nopeuden ( purettu) a annettu akku. Samoin voit arvioida vääntömomentin, joka voidaan tuottaa näiden vakioiden välisen suhteen vuoksi.

ESC: n tehtävänä on pitää staattorin virtaus 90 asteen suhteessa roottorin virtaukseen. Tämä tapahtuu käyttämällä sijaintianturia, kuten hallielementtiä, tai käyttämällä takaisin EMF-tunnistusta – anturitonta ohjausta.
Lisäksi ESC voi antaa siniaallon kolmivaiheisen lähdön, ns. FOC (Field Oriented Control) tai neliöjännitteen, jos vain kaksi kelaa on kytketty samanaikaisesti, kolmas jätetään kelluvaksi.
Ei ole, että roottori seuraa staattorikenttää, päinvastoin – se on staattorin viila, joka seuraa roottorin asentoa. FOC: lla , vektoristaattorin jännitteen amplitudi on vakio ja pyörii roottorin asennon suhteen. Jännitteen on oltava korkeampi kuin takaisin EMF: n tuottama jännite moottorin pyörimiseksi. Tässä Kv-tekijällä on merkitys.

Etkö ole varma, miksi tämä on tässä yhteydessä lainattu.

Sen tulisi olla V / krpm tai volttia / 1000 kierrosta / minuutti. Voisin mahdollisesti ymmärtää V / k-lyhyen käden, mutta kv on kilovolttia.
Ehkä voltit moottorin jalkojen tai jalkojen välillä ja neutraali voi olla am iso, mutta käytäntö on moottorin johtimien kahden jalan välillä.Luulisin, että se johtuu siitä, että on helpompaa, jos nollajohtoa ei ole.

kommentit

• ei, kilovoltit kirjoitetaan muodossa ’ kV ’, ei ’ kv ’. Katso fi.wikipedia.org/wiki/… .