Miért van a kefe nélküli motoroknak kv minősítése?

Az elektromos motor nyomatékkimenete egyenesen arányos a motor árammal (nem feszültséggel!) és az árammal (I) nagyjából egyenlő a következővel:

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

Ahol V a motor tápfeszültsége, R a tekercselési ellenállás és ε a hátsó elektromotoros erő (hátsó EMF).

KV és a hátsó EMF

A hátsó EMF az a feszültség, amely a motor kapcsainál jelen lenne, amikor a motor forog anélkül, hogy bármi csatlakozna hozzá. Ezt a feszültséget az generátorként működő motor állítja elő, ha akarja, és ez közvetlenül arányos a forgási sebességgel. A KV besorolás nem más, mint a forgási sebesség és a hátsó EMF (KV ≈ RPM / ε) kapcsolatának megállapításának egy másik módja. Korlátozza a maximális motor fordulatszámot az adott akkumulátorfeszültségnél, mert bizonyos KV-függő sebességnél a hátsó EMF ” törli a ” az akkumulátor feszültsége. Ez megakadályozza, hogy több áram áramoljon a motorba, és ezáltal nullára csökkenti a nyomatékot.

A motor első bekapcsolásakor a fordulatszám nulla. Ez azt jelenti, hogy a hátsó EMF is nulla, így a motor áramát csak a tekercselési ellenállás és a tápfeszültség korlátozza. Ha a motorvezérlő (ESC) a motor teljes motorfeszültségét alacsony fordulatszámon adja ki, a motor és / vagy az ESC csak megolvad.

Feszültség, frekvencia, fojtószelep és fordulatszám

Zárt hurkú, kefe nélküli motorvezérlési sémákban a motor fordulatszámát (amelynek kimeneti frekvenciája függ) közvetlenül nem szabályozzák. A fojtószelep helyette a kimeneti feszültséget szabályozza, és az ESC folyamatosan szabályozza a kimeneti frekvenciát válaszul a rotor szöge és a hajtás hullámformája közötti fáziseltolásra. A hátsó EMF fázisa az érzékelő nélküli ESC-knek közvetlenül megmondja a rotor aktuális szögét, míg a szenzoros ESC-k ugyanahhoz a célhoz használják a hall-effektus-érzékelőket.

Fordított dolgok (a frekvencia közvetlen beállítása és a feszültség a mért fáziseltolódásra reagálva) finom kiegyenlítő cselekvéssé válna:

• A túl alacsony feszültség beállítása túl alacsony áram áramlását engedi meg, korlátozva a nyomatékot. Ha a forgatónyomaték csökken, de a terhelés állandó marad, a motornak lassulnia kell, ami azonnali szinkronveszteséghez vezet.

• A túl nagy feszültség túlzott áram áramlását okozná, energiát és fűtést pazarolna a motor és az ESC feleslegesen.

Így az optimális hatékonysági pont instabil ” frekvenciával először ” vezérlés. Egy vezérlőhurok szorosan tarthatná, de ha az ESC nem képes elég gyorsan reagálni a terhelésre, akkor átmeneti szinkronvesztés következik be. Ez nem igaz a ” feszültség első ” vezérlés, ahol a terhelés átmenet csak a sebesség pillanatnyi csökkenését okozza, káros hatások nélkül.

A kollektív hangmagasságú RC helikopterekben használt ESC-k gyakran ” kormányzó ” funkció, amely rögzített motorsebességet tart fenn a fojtószelep beállításával arányosan. Még ezek az ESC-k sem közvetlenül vezérlik a frekvenciát, hanem PID-t hajtanak végre vezérlő, amely a kívánt és a tényleges frekvencia közötti különbségre válaszul állítja be a feszültséget.

ESC ” időzítés ”

Az ESC-k motoros időzítési beállítása módosítja ennek a mechanikus-elektromos fáziseltolásnak az alapértékét: A magas időzítés azt jelenti, hogy az ESC kimenet pl. 25 fok, míg alacsony időzítéssel ezt a fáziseltolódást sokkal közelebb tartják a nullához. A magas időzítési beállítás több energiát eredményez kevésbé hatékonyan.

Nyomaték

A normál RC ESC-k nem képesek állandó nyomatékszabályozásra vagy nyomatékkorlátozásra, mivel költség- és súlymegtakarításként hiányoznak az áramérzékelő áramkörök . A nyomaték kimenetét semmilyen módon nem szabályozzák; a motor éppen annyi forgatónyomatékot produkál (és arányosan annyi áramot vesz fel), amennyit a terhelés megkövetel egy adott sebességnél.Annak megakadályozása érdekében, hogy a gyors fojtólyukasztók túlterheljék az ESC-t, az akkumulátort és / vagy a motort (mivel a tehetetlenség leküzdése potenciálisan korlátlan nyomatékot eredményez), az ESC-k általában korlátozzák a gyorsulást és a feszültséget egy adott frekvencián.

Fékezés

Ha a motort külső eszközökkel folyamatosan forogják, miközben a feszültség csökken, akkor a hátsó EMF nagyobb lesz, mint az a szint, amelyet az ESC megpróbál vezetni. Ez negatív áramot okoz és fékezi a motort. Az így előállított villamos energia vagy a motor tekercsében eloszlik, vagy az áramellátásba / akkumulátorba kerül, az alkalmazott PWM bomlási mód tól függően.

Megjegyzések

• Köszönöm a részletes magyarázatot @jms. Tehát, ha jól értem, a fojtószelep növelése növeli az AC jel amplitúdóját a 3 motorvezetéken, ami pillanatnyilag fáziseltolódást hoz létre, amelyet az esc észlel (back emf-vel?), Majd ennek megfelelően megváltoztatja frekvenciakimenetét?
• @ThomasKirven Ez ‘ helyes, és nagyon szép módja annak.
• Világossá kell tenni ” kv minősítésnek ” semmi köze a nyomatékhoz
• @ TonyStewart.EEsince ‘ 75 teljesen különböző paraméterek, kompromisszum áll fenn a kettő között: Ha két azonos méretű, tömegű és kivitelű motort vásárol, de az egyiket magasabb KV-ra tekerjük, mint a másikat, a magas KV motor gyorsabban forog és kevesebb nyomatékot generál ugyanazon a teljesítményfelvétellel.
• igen, mint például a kerékpár sebességváltója, a nyomaték és a sebesség, de nem függ a HP-től vagy a tényleges teljesítménytől

ESC-gén 3 fázisú váltakozó áramot ad. Amit értek, az AC hullámalak frekvenciája teljesen meghatározza a motor fordulatszámát, és a hullámforma amplitúdója (csúcsfeszültség mínusz mélyfeszültség) többé-kevésbé állandó. Számomra ez úgy tűnik, hogy a feszültségnek valójában semmi köze a kefe nélküli motor fordulatszámának meghatározásához.

Sajnálom, de ez mind rossz. A kvadrokopterekben használt motorok kefe nélküli egyenáramú motorok (BLDC), amelyek egyenértékűek egy csiszolt egyenáramú motorral, de elektronikus kommutációval rendelkeznek.

A motor fordulatszámát az a feszültség (“back-emf”) határozza meg, amelyet a motor forgás közben generál, nem a kommutációs frekvencia (amelyet zárási lépésben kell követni a vagy a motor nem forog). A BLDC motorok állandó mágnesekkel rendelkeznek, így a back-emf közvetlenül arányos a fordulatszámmal. A back-emf megegyezik az alkalmazott feszültség mínusz feszültségeséssel a tekercselési ellenálláson és az induktivitáson, és a motor felgyorsul vagy lelassul, miközben felveszi a terhelés által elnyelt nyomaték előállításához szükséges áramot – pontosan ugyanolyan, mint egy csiszolt egyenáramú motornál.

Az ESC vezérli a motor fordulatszámát a rá alkalmazott feszültség változtatásával. Általában ezt PWM-mel végzik, így a csúcsfeszültség mindig megegyezik az akkumulátor feszültségével, de az átlagos feszültség (amelyre a motor reagál) a PWM be- / kikapcsolási arányától függően változik. Az ESC bármilyen kommutációs frekvenciát állít elő, amelyet a motor igényel tőle, hasonlóan ahhoz, ahogy a szálcsiszolt motor armatúrája a kommutát az általa igényelt frekvencián váltja.

Tehát az alkalmazott feszültségnek minden köze van a motor fordulatszámához. Ezért ezek a motorok Kv-besorolással rendelkeznek – ez alapvető paraméter annak meghatározásához, hogy egy adott feszültség mellett milyen fordulatszám érhető el. Mivel a légcsavar által felvett teljesítmény arányos a 3. fordulat / perc és a 4. átmérő teljesítményével, a Kv kritikus paraméter a kvadrokopter alkatrészeinek egyeztetésekor.

A megadott Kv érték legyen az elméleti fordulatszám 1 V-nál, amikor a motor nem vesz áramot. Ezt azonban általában úgy számítják ki, hogy a mért üresjárati fordulatszámot egyszerűen elosztják az alkalmazott feszültséggel, ami valamivel alacsonyabb (helytelen) értéket ad. Ahogyan a kefés motor sebessége is növelhető a kefék előrehaladásával, úgy a kefe nélküli ESC növelheti a BLDC motor effektív Kv-jét a kommutációs időzítés előmozdításával. Add hozzá a gyártási tűréseket és a rossz minőség-ellenőrzést, és nem szokásos, hogy a motor tényleges Kv-értéke 20% -kal magasabb vagy alacsonyabb, mint a specifikációja.

Az egyéb felhasználásra tervezett motorok gyakran nem rendelkeznek Kv besorolással, mert ezt nem tartják annyira fontosnak. Azonban általában a névleges feszültségnél a terhelés nélküli fordulatszámot biztosítják, amelyből a Kv levezethető. “nyomatékállandója (Kt) szintén megadható. Kv a Kt inverze.

Megjegyzések

• Félrevezetőnek tűnik a motorra alkalmazott feszültségről beszélni, mivel a jel váltakozó és mindig változó. Ha egy ESC hullámformájának kimenetét mértem, miközben egy tényleges motorhoz csatlakoztattam, akkor valóban látnám, hogy a gázalak amplitúdója növekszik-e nagyobb fojtószelep értékeknél?
• A feszültséget RMS-ről DC-re kell átalakítani, hogy megkapja az egyenértékű kommutált kefe típusú egyenáramú motort, vagy a PWM-modulált egyenáramot generáló ESC-re alkalmazott tényleges átlagos DC-t. Hagyja figyelmen kívül az ESC kommutációját és a 3 fázist annak megértéséhez. Ez nem változó frekvenciájú vezérlő.
• ” Ha egy ESC hullámalak kimenetét mérném, miközben egy tényleges motorhoz csatlakoznék, akkor valóban látnám, hogy a hullámforma növekszik amplitúdóban nagyobb fojtószelepértékeken ?? ” – Rendezés. Láthatna egy PWM négyzethullámot, amelynek munkaciklusa növekszik magasabb fojtószelep értékeknél. A PWM hullám lapos tetejű 1 kommutációs lépésnél, majd lineárisan lefelé / felfelé haladva 2 lépésig, hogy az ellentétes polaritásra jusson (a trapéz alakú hullámformát lekövető átlagos feszültség). Ez ‘ AC ‘ a kommutációs frekvencián, de ‘ átlagolt DC ‘ a PWM frekvencián.
• @Tony Stewart itt bonyolódik. Alacsony frekvenciájú PWM esetén az áram teljesen be- és kikapcsol, így a motor reagál a PWM hullám ‘ effektív feszültségére, és a fojtószelep görbéje nem lineáris (nagyobb teljesítmény, mint alacsonynál várható volt) fojtószelep, de nagyobb fűtés és alacsonyabb hatékonyság is). A PWM frekvencia növelésével a motor ‘ motor induktivitása egyenletesebben áramolja az áramot, így a feszültségválasz az effektív értékről az átlagosra vált, és a fojtószelep görbe lineáris lesz.
• és ha a kommutációs ráta túl gyors az ESC számára, megfordul és kiesik az égből .. talán egy alacsony nyomású folt gyors RPM növekedést okoz.

Miért van a kefe nélküli motoroknak kv osztályzata?

“kv Rating” semmi köze a várható nyomatékhoz, áramhoz, teljesítményhez, tolóerőhöz, emeléshez vagy húzáshoz

• Kivételt képez a relatív forgatónyomaték a mágnesek számával és az állórész tekercselésenkénti fordulatszámának változásával, így a fogaskerekekhez hasonlóan ez az arány is módosítható. Tehát bizonyos értelemben ugyanolyan méretű, viszonylag magasabb kv értékű motorokat készítenek a nagyobb sebesség és kevesebb emelés érdekében.

Ez a mágnesek számán, az állórész tekercselésének számánként egy forgáson, a fázisok pólusonként, és nincs jelzés a teljesítményről.

Tisztán a forgási sebesség generálja a vissza az EMF feszültség, hogy megfeleljen az alkalmazott feszültségnek. Ez az egyezés csak terhelés nélkül következik be, és a húzás 10% -kal csökkenti ezt az arányt a névleges feszültség felé történő növekedéssel, a benne rejlő veszteségektől függően. A tekercselt állórész mintázatának megváltoztatása vagy a mágnesek számának megváltoztatása megváltoztatja a volt / perc fordulatszám-arányt ugyanazon anyagnál, mint például a kerékpár áttétele.

• • Példa számításokra különféle mágnesekkel, a mező forgásának meghatározása

    • összes mágnes / 2 = mező forgási tényezője

    • A mező forgási tényezője * kV = mágneses ciklus / V

    • Tehát 14 mágnessel a mező forgási tényezője = 7, így a mező forgása = 7609 ciklus / v

    • 2200 kv esetén:

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

A teljesítmény az áram függvénye, és csak a terhelés EITHER lineáris terhelés vagy az aerodinamikai támasz nemlineáris terhelése. vagy növekményes lineáris terhelés gm / W vagy gm / A értelemben, ahol gm a támasztó tolóerő.

Háttérkép az elméletről (túl leegyszerűsítve)

• A Maxwell által meghatározott fizikai törvényeken alapszik, Heaviside és Lorenz pedig mélyebben, és bebizonyította, hogy ez a q töltésű erő az E mező összegének és a B mező sebességének szorzata.

Tehát a vektoregyenletek azt mondják. F = q (E + vxB)

A Lorenz erő , F a külső elektromos E mező és a B mágneses tér miatt egy v pillanatnyi sebességű q elektromos töltés részecskéjére hat. Ezt az erőt hívjuk Elektromágneses erő, és terhelés nélkül a hátsó EMF-hez illeszkedik.

A voltenkénti szögsebesség összetettebb, az állórész-pólusok és a rotoroszlopok száma ratiometrikus konverziót és a motor áramának kommutációját eredményezi. automatikusan visszafordul, csak megfelelő számú ív másodperccel a nullamágneses mező után, hogy ne legyen holtpont.(tervezés / folyamat hiba)

Így a mágneses töltés sebessége arányos a feszültség miatti térerősséggel, és Vissza EMF térerősségnek is nevezik

Megjegyzések

• Akik hibát találnak, bizonyítaniuk kell, akik elismerik az igazságot, azoknak jóvá kell hagyniuk
• Ez technikailag helyes, ezért nulláztam (+1) szavazatod, de mindenképpen van egy sokkal érthetőbb módja annak elmondására, ahogyan ‘ megpróbálod kifejezni.
• im hozzátéve a +1 is, ez lefedi az állandók honnan származnak. Hozzáadtam egy választ, amely összekapcsolta Kv, Kt és Ke
• @Daniel egyetértett, de az elméletet csak azért dobják be, hogy megmutassák a mágneses elvek gyökereit, amelyek sokkal összetettebbek, mint ez az olvasó. “>

A KV minősítés a maximum RPM / volt, amelyet a motorral el lehet érni – tehát egy 2300 KV motor 1 V feszültségen 2300 RPM-ig, a frekvenciától függetlenül. Minél alacsonyabb a feszültség, annál alacsonyabb a motor maximális nyomatéka. Ha növelné a frekvenciát, és megpróbálná nagyobb sebességgel működtetni, a motornak nem lenne elegendő nyomatéka ahhoz, hogy leküzdje a súrlódást ezen a sebességen és leálljon.

Megjegyzések

• Tehát ez a tényleges nulla nyomaték fordulat / perc ennél a feszültségnél? azaz a hullámforma csúcsfeszültsége, amikor azt fúróval megpörgeti az adott fordulatszámnál?
• A nulla nyomaték fordulatszám általában valahol a KV besorolás felett lesz – a KV névleges pont csak egy pont, ahol a motor képes biztosítani ésszerű mennyiségű nyomaték és nagyobb frekvencián történő futtatása csökkentett nyomatékot, megbízhatatlan működést vagy végül elakadást okozhat, amikor már nem képes legyőzni a súrlódást.
• Van-e további információ, amelyet hozzáadhat a válaszához például hol és miért fejlesztették ki ezt a minősítést? Úgy tűnik, eléggé korlátozott a quad-kopterekre és hasonló piacokra.
• Nehéz megmondani, de valószínűleg az RC ipar fejlesztette ki, mint a motorok minősítése a biztonságos maximális sebesség érdekében. Soha nem láttam ilyet nem RC alkalmazásokhoz szánt kefe nélküli motorokon.
• Tehát az ESC által létrehozott jel amplitúdója valójában nem állandó?

BLDC gép esetén két kulcsállandó létezik

\ $ K_t \ $ Nm / A egységekkel

\ $ K_e \ $ egységekkel V / \ $ \ omega \ $ (csúcsfeszültség)

Ideális BLDC géphez \ $ K_t \ egyenértékű K_e \ $, de a sajátosságok miatt ezek hol vannak két meghatározott konstans (\ $ K_e \ $ nyitott terminál feszültség & \ $ K_t \ $ nyomaték termelés névleges áramnál) \ $ K_t \ $ általában alacsonyabb az állórész telítettsége

Mi van ezzel a BLDC motorokkal a quadrotorokhoz & \ $ K_v \ $

Nos \ $ K_v \ A $ csak a \ $ K_e \ $ ONCE fordulatszáma, amelyet fordulatszámra konvertálnak.

Mivel a kvadrotorok és az ilyen RC eszközök általában tápfeszültség korlátozottak, ez a fordulatszám állandó megmondja az elérhető rotor sebességét ( kirakva) a adott elem. Hasonlóképpen megbecsülheti azt a nyomatékot is, amely ezen állandók közötti kapcsolat miatt létrejöhet.

Az ESC feladata, hogy az állórész fluxusát 90 fokon tartsa a rotor fluxusához viszonyítva. Ez a helyzetérzékelő, például a hall elem használatával, vagy a hátsó EMF érzékelés – szenzor nélküli vezérlés használatával történik.
Továbbá az ESC képes szinuszhullámú háromfázisú kimenetet, úgynevezett FOC (Field Oriented Control) vagy négyzetfeszültséget adni, ahol csak két tekercs van egyidejűleg csatlakoztatva, a harmadik lebegve marad.
Nem az a helyzet, hogy a rotor az állórész terét követi, inkább ellenkezőleg – ez az állórész reszelődik, amely követi a rotor helyzetét. FOC-val , az állórész-vektor feszültségének amplitúdója állandó és forog a rotor helyzetéhez képest. A motor megpörgetéséhez a feszültségnek magasabbnak kell lennie, mint az EMF által generált hátsó feszültség. Itt játszik szerepet a Kv tényező.

Nem biztos benne, hogy ez miért hiányzik ebben az összefüggésben.

V / krpm vagy volts legyen / 1000 fordulat / perc. Lehet, hogy megérteném a V / k rövid leosztást, de a kv kilovolt.
Lehet, hogy a motor vagy a láb közötti feszültség és semleges lehet nagy, de az egyezmény a motorvezetékek 2 lába között van.Azt hiszem, azért, mert könnyebb, ha nincs semleges vezeték.

Megjegyzések

• Nem, a kilovoltokat ‘ kV ‘, nem ‘ kv ‘. Lásd: hu.wikipedia.org/wiki/… .