Pourquoi les moteurs sans balais ont-ils une cote kv?

Le couple de sortie dun moteur électrique est directement proportionnel au courant du moteur (pas à la tension!), et au courant (I) est à peu près égal à

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

Où V est la tension dalimentation du moteur, R est la résistance de lenroulement et ε est la force contre-électromotrice (EMF arrière).

KV et EMF arrière

LEMF arrière est la tension qui serait présente aux bornes du moteur lorsque le moteur tourne sans rien y être connecté. Cette tension est produite par le moteur agissant comme un alternateur, si vous voulez, et elle est directement proportionnelle à la vitesse de rotation. La cote KV nest rien dautre quune autre façon détablir la relation entre la vitesse de rotation et la force contre-électromotrice (KV ≈ RPM / ε). Il limite la vitesse maximale du moteur à une tension de batterie donnée, car à une certaine vitesse dépendant du KV, la force contre-électromotrice  » sannule  » la tension de la batterie. Cela empêche plus de courant de circuler vers le moteur et réduit ainsi le couple à zéro.

Lorsque vous allumez votre moteur pour la première fois, la vitesse est nulle. Cela signifie que la force contre-électromotrice est également nulle, donc les seules choses qui limitent le courant du moteur sont la résistance de lenroulement et la tension dalimentation. Si le contrôleur de moteur (ESC) devait fournir la pleine tension de la batterie au moteur à basse vitesse, le moteur et / ou lESC fondraient simplement.

Tension, fréquence, accélérateur et vitesse

Dans les schémas de commande de moteur sans balais en boucle fermée, la vitesse du moteur (dont la fréquence de sortie est fonction) nest pas directement contrôlée. Le papillon contrôle à la place la tension de sortie et lESC ajuste en continu la fréquence de sortie en réponse au déphasage entre langle du rotor et la forme donde dentraînement. La phase de lEMF arrière indique directement aux ESC sans capteur langle actuel du rotor, tandis que les ESC à capteur utilisent des capteurs à effet Hall dans le même but.

Faire les choses dans lautre sens (régler la fréquence directement et contrôler le tension en réponse au déphasage mesuré) deviendrait un exercice déquilibrage fin:

• Régler la tension trop basse permettrait à trop peu de courant de circuler, limitant le couple. Si le couple diminue mais que la charge reste constante, le moteur doit ralentir, ce qui entraîne une perte de synchronisation immédiate.

• Trop de tension entraînerait un courant excessif, une perte dénergie et un échauffement le moteur et lESC inutilement.

Ainsi, le point defficacité optimal est instable avec  » fréquence dabord « . Une boucle de contrôle peut la maintenir fermée, mais si l’ESC ne peut pas réagir assez rapidement à une charge, une perte de synchronisation transitoire se produira. Ce n’est pas le cas pour la tension  » « , où un transitoire de charge provoquera simplement une réduction momentanée de la vitesse sans effets négatifs.

Les ESC utilisés dans les hélicoptères RC à pas collectif ont souvent un  » Governor  » fonction, qui maintient une vitesse de moteur fixe proportionnelle au réglage de laccélérateur. Même ces ESC ne contrôlent pas directement la fréquence, mais implémentent un PID régulateur qui règle la tension en réponse à la différence entre la fréquence souhaitée et réelle.

ESC  » timing  »

Le réglage de la synchronisation du moteur des ESC ajuste le point de consigne de ce déphasage mécanique-électrique: Une synchronisation élevée signifie que la sortie ESC mène la position du rotor détectée par exemple. 25 degrés, tandis quavec une faible synchronisation, ce déphasage est maintenu beaucoup plus près de zéro. Un réglage de synchronisation élevé produit plus de puissance de manière moins efficace.

Couple

Les ESC RC normaux ne peuvent pas faire de contrôle de couple constant ou de limitation de couple, car ils ne disposent pas de circuits de détection de courant pour réduire les coûts et le poids . La sortie de couple nest en aucun cas contrôlée; le moteur produit juste autant de couple (et tire proportionnellement autant de courant) que la charge lexige à une vitesse donnée.Afin déviter que des coups daccélérateur rapides ne surchargent lESC, la batterie et / ou le moteur (car le fait de surmonter linertie produit un couple potentiellement illimité), les ESC ont généralement des limites daccélération et de tension à une fréquence donnée.

Freinage

Si le moteur continue de tourner par des moyens externes pendant que la tension est réduite, finalement lEMF arrière deviendra plus grand que le niveau que lESC essaie de conduire. Cela provoque un courant négatif et freine le moteur. Lélectricité ainsi produite est soit dissipée dans les bobines du moteur, soit réinjectée dans lalimentation / la batterie, selon le mode de décroissance PWM utilisé.

Commentaires

• Merci pour lexplication détaillée @jms. Donc, si je comprends bien, augmenter la manette des gaz augmente lamplitude du signal AC sur les 3 fils du moteur, ce qui crée momentanément un déphasage, que lesc détecte (avec contre-emf?) Puis change sa fréquence de sortie en conséquence?
• @ThomasKirven Que ‘ est correct, et cest une très bonne façon de le dire.
• Il faut le préciser  » La cote kv  » na rien à voir avec le couple
• @ TonyStewart.EEsince ‘ 75 Pendant quils sont des paramètres complètement distincts, il y a un compromis entre les deux: lorsque vous achetez deux moteurs de même taille, masse et conception, mais que lun est enroulé à un KV plus élevé que lautre, le moteur à KV élevé tournera plus vite et générera moins de couple à la même puissance absorbée.
• oui bien sûr comme les engrenages sur un vélo, couple contre vitesse mais sans rapport avec la puissance HP ou réelle

Un gène ESC taux de courant alternatif triphasé. Et daprès ce que jai compris, la fréquence de la forme donde AC détermine complètement la vitesse du moteur, et lamplitude (tension de crête moins tension minimale) de la forme donde est plus ou moins constante. Pour moi, cela me semble que la tension na vraiment rien à voir avec la détermination de la vitesse dun moteur sans balais.

Désolé, mais tout est faux. Les moteurs utilisés dans les quadricoptères sont des moteurs à courant continu sans balais (BLDC), équivalents à un moteur à courant continu à balais mais avec commutation électronique.

La vitesse du moteur est déterminée par la tension (« back-emf ») que le moteur génère pendant quil tourne, pas la fréquence de commutation (qui doit suivre en pas de verrouillage avec le rotation du moteur ou il ne tourne pas). Les moteurs BLDC ont des aimants permanents, de sorte que la contre-force électromotrice est directement proportionnelle au régime. Back-emf équivaut à la tension appliquée moins la chute de tension à travers la résistance et linductance de lenroulement, et le moteur accélérera ou ralentira en consommant le courant nécessaire pour produire le couple absorbé par la charge – exactement le même quun moteur à courant continu à balais.

LESC contrôle la vitesse du moteur en faisant varier la tension qui lui est appliquée. Habituellement, cela est fait avec PWM donc la tension de crête est toujours égale à la tension de la batterie, mais la tension moyenne (à laquelle le moteur répond) varie en fonction du rapport marche / arrêt PWM. LESC produit la fréquence de commutation que le moteur lui demande, de la même manière que larmature dun moteur à balais amène le commutateur à commuter à la fréquence quil demande.

La tension appliquée a donc tout à voir avec la vitesse du moteur. Cest pourquoi ces moteurs ont une valeur nominale Kv – cest un paramètre essentiel pour déterminer quel régime peut être atteint avec une tension particulière. Puisque la puissance absorbée par une hélice est proportionnelle à la 3ème puissance de tr / min et à la 4ème puissance du diamètre de lhélice, Kv est un paramètre critique lors de la mise en correspondance des composants dun quadricoptère.

La valeur Kv spécifiée doit être le régime théorique à 1V lorsque le moteur ne tire aucun courant. Cependant, il est généralement calculé en divisant simplement le régime à vide mesuré par la tension appliquée, ce qui donne une valeur légèrement inférieure (incorrecte). Et tout comme la vitesse dun moteur à balais peut être augmentée en faisant avancer les balais, un ESC sans balais peut augmenter le Kv effectif dun moteur BLDC en avançant la synchronisation de commutation. Ajoutez des tolérances de fabrication et un contrôle de qualité médiocre, et il nest pas habituel pour un moteur davoir un Kv réel 20% supérieur ou inférieur à ses spécifications.

Les moteurs conçus pour dautres usages nont souvent pas de valeur Kv car cela nest pas considéré comme si important. Cependant, le régime à vide à la tension nominale est généralement fourni, à partir duquel Kv peut être dérivé. Le moteur La constante de couple (Kt) de « s peut également être spécifiée. Kv est linverse de Kt.

Commentaires

• Il semble trompeur de parler de tension appliquée au moteur, car le signal est alternatif et varie toujours. Si je mesurais la sortie de forme donde dun ESC tout en étant connecté à un moteur réel, verrais-je vraiment la forme donde augmenter en amplitude à des valeurs de papillon plus élevées?
• La tension doit être convertie de RMS en CC pour obtenir le moteur CC de type à balais commuté équivalent ou le CC moyen réel appliqué à lESC qui génère un CC modulé PWM. Ignorez la commutation ESC et 3 phases pour le comprendre. Ce nest pas un variateur de fréquence.
•  » Si je mesurais la sortie de forme donde dun ESC alors quil était connecté à un moteur réel, verrais-je vraiment la forme donde croître en amplitude à des valeurs de papillon plus élevées ??  » – En quelque sorte. Vous verriez une onde carrée PWM avec un cycle de service augmentant à des valeurs de papillon plus élevées. Londe PWM est à sommet plat pendant 1 étape de commutation, puis descend / monte linéairement pendant 2 étapes pour atteindre la polarité opposée (la tension moyenne traçant une forme donde trapézoïdale). Cest ‘ AC ‘ à la fréquence de commutation, mais ‘ DC moyen ‘ à la fréquence PWM.
• @Tony Stewart cest là que ça se complique. Avec PWM basse fréquence, le courant sallume et séteint complètement pour que le moteur réponde à la tension efficace de londe PWM ‘ s, et la courbe des gaz est non linéaire (plus de puissance que prévu à faible accélérateur, mais aussi plus de chauffage et moins defficacité). Lorsque la fréquence PWM est augmentée, l’inductance du moteur ‘ rend le courant plus fluide afin que la réponse en tension passe de la valeur efficace à la moyenne, et la courbe des gaz devient linéaire.
• et si le taux de commutation est trop rapide pour lESC, il bascule et tombe du ciel .. peut-être un point de basse pression provoquant une augmentation rapide du régime.

Pourquoi les moteurs sans balais ont-ils une cote kv?

« kv Rating » na rien à voir avec le couple, le courant, la puissance, la poussée, la portance ou la traînée attendus

• Lexception est que le couple relatif peut changer avec le nombre daimants et le nombre denroulements de stator par tour, donc comme les engrenages, ce rapport peut être modifié. Donc, dans un sens, des moteurs de même taille avec des valeurs de kv relativement plus élevées sont conçus pour plus de vitesse et moins de portance.

Il est basé sur le nombre daimants, le nombre denroulements de stator par rotation, le nombre de phases par pôle et na aucune indication de puissance.

Cest purement la vitesse de rotation qui génère le retour de la tension EMF pour correspondre à la tension appliquée. Cette correspondance se produit uniquement à vide et la traînée réduit ce rapport jusquà 10% avec une augmentation vers la tension nominale en fonction des pertes inhérentes. (par exemple, courants de Foucault, frottement, généralement faibles par rapport à la puissance dispo. Changer le modèle du stator de bobinage ou changer le nombre daimants changera le nombre de rapport de régime par volt pour le même matériau utilisé comme le rapport de démultiplication sur un vélo.

• • Exemples de calculs avec divers aimants, déterminer la rotation du champ

    • total des aimants / 2 = facteur de rotation du champ

    • Facteur de rotation du champ * kV = cycle magnétique / V

    • Donc avec 14 aimants, facteur de rotation du champ = 7, donc rotation du champ = 7609 cycles / v

    • Pour 2200 kv:

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

La puissance est fonction du courant et de la charge uniquement est notée SOIT une charge linéaire ou la charge non linéaire de létai aérodynamique. ou une charge linéaire incrémentielle en termes de gm / W ou gm / A où gm est la poussée de lhélice.

Vignette de fond sur la théorie (trop simplifiée)

• Elle est basée sur les lois de la physique définies par Maxwell et plus en profondeur par Heaviside, et Lorenz qui a prouvé que cette Force sur la charge q est un produit de la somme du champ E et de la vitesse du champ B.

Donc, les équations vectorielles disent. F = q (E + vxB)

Le Force de Lorenz , F agissant sur une particule de charge électrique q à vitesse instantanée v, due à un champ électrique externe E et un champ magnétique B. Cette force est ce que nous appelons le Force électromagnétique et correspond à la force électromagnétique arrière à vide.

La vitesse angulaire par volt est plus complexe avec le nombre de pôles du stator et des pôles du rotor donnant une conversion ratiométrique et la commutation du courant du moteur est automatiquement inversé juste un nombre adéquat de secondes darc après le champ magnétique nul pour garantir labsence darrêt mort.(échec de conception / processus)

Ainsi, la vitesse de charge magnétique est proportionnelle à lintensité du champ qui est due à la tension et est également appelée intensité du champ EMF arrière

Commentaires

• Ceux qui peuvent trouver des fautes doivent le prouver, ceux qui reconnaissent la vérité doivent lapprouver
• Ceci est techniquement correct donc jai mis à zéro (+1) vos votes, mais il y a certainement une manière beaucoup plus compréhensible de le dire de la manière dont vous ‘ essayez de lexprimer.
• jajoute un +1 également, cela couvre doù viennent les constantes. Jai ajouté une réponse liant Kv, Kt et Ke
• @Daniel est daccord, mais la théorie est juste ajoutée pour montrer les racines des principes magnétiques qui sont bien plus complexes que ce lecteur ‘. Le BEMF peut être interprété de différentes manières, mais correspond toujours à Vin sans charge, quil sagisse dun moteur mégawatt ou milliwatt.
• Connaissez toutes les sources qui expliquent cela de manière détaillée, jusquaux champs variables dans le temps utilisés dans équations maxwells?

La note KV se réfère au maximum RPM / volt pouvant être atteint avec le moteur – donc un moteur de 2300 KV à 1 V fonctionnerait à des vitesses jusquà 2300 tr / min, quelle que soit la fréquence. Plus la tension est basse, plus le couple maximal que le moteur peut produire est bas. Si vous augmentez la fréquence et tentez de le faire fonctionner à une vitesse plus élevée, le moteur naurait pas assez de couple pour surmonter la friction à cette vitesse et caler.

Commentaires

• Est-ce donc le couple nul tr / min réel pour cette tension? cest-à-dire est-ce la tension de crête de la forme donde lorsque vous la faites tourner avec une perceuse à ce régime?
• Le régime à couple nul sera généralement quelque part au-dessus de la valeur KV – la valeur KV est juste un point où le moteur peut fournir une quantité raisonnable de couple et le faire fonctionner à une fréquence plus élevée peut entraîner une réduction du couple, un fonctionnement peu fiable ou éventuellement un calage lorsquil ne peut plus surmonter la friction.
• Avez-vous des informations supplémentaires que vous pouvez ajouter à votre réponse comme où et pourquoi cette note a été développée? Il semble être assez limité aux quadricoptères et aux marchés similaires.
• Il ‘ est difficile à dire, mais il a probablement été développé par l’industrie RC en tant que manière dévaluer les moteurs pour une vitesse maximale sûre. Je nai jamais vu cela sur des moteurs brushless destinés à des applications non RC
• Donc lamplitude du signal produit par un ESC nest en fait pas constante?

Pour une machine BLDC, il y a deux constantes clés

\ $ K_t \ $ avec des unités Nm / A

\ $ K_e \ $ avec les unités V / \ $ \ omega \ $ (tension ligne-ligne de crête)

Pour une machine BLDC idéale \ $ K_t \ equiv K_e \ $ mais en raison de spécificités quant à leur emplacement deux constantes a défini (\ $ K_e \ $ étant la tension à borne ouverte & \ $ K_t \ $ étant la production de couple au courant nominal) \ $ K_t \ $ a tendance à être inférieure en raison de saturation du stator

Quest-ce que cela a à faire avec les moteurs BLDC pour quadrotors & \ $ K_v \ $

Eh bien \ $ K_v \ $ est juste linverse de \ $ K_e \ $ UNE FOIS converti en rpm.

Comme les quadrotors et ces appareils RC sont généralement limités en tension dalimentation, cette constante de rpm vous indiquera la vitesse du rotor qui peut être atteinte ( déchargé) pour un batterie donnée. De même, vous pouvez estimer le couple qui peut être produit en raison de la relation entre ces constantes.

Le rôle dun ESC est de maintenir le flux du stator à 90 degrés par rapport au flux du rotor. Cela se fait avec lutilisation dun capteur de position, comme un élément à effet Hall ou en utilisant la détection de retour EMF – contrôle sans capteur.
En outre, lESC peut produire une sortie triphasée sinusoïdale, appelée FOC (Field Oriented Control) ou tension carrée, où seulement deux bobines sont connectées en même temps, la troisième est laissée flottante.
Ce nest pas le cas, ce rotor suit le champ du stator, plutôt le contraire – cest le stator déposé qui suit la position du rotor. Avec FOC , l’amplidut de la tension vectorielle du stator est constant et en rotation par rapport à la position du rotor. La tension doit être supérieure à la tension générée par retour EMF pour faire tourner le moteur. Cest là que le facteur Kv joue un rôle.

Je ne sais pas pourquoi cela est manqué dans ce contexte.

Cela devrait être V / krpm. ou volts / 1000 tours / minute. Je pourrais peut-être comprendre la main courte V / k, mais kv est un kilo volts.
Peut-être que les volts entre les jambes du moteur ou une jambe et le neutre peuvent être biguous mais la convention est entre 2 pattes des fils du moteur.Je suppose que cest parce que cest plus facile sil ny a pas de fil neutre.

Commentaires

• Non, kilovolts sécrit ‘ kV ‘, pas ‘ kv ‘. Voir en.wikipedia.org/wiki/… .