Perché i motori brushless hanno un valore kv?

La coppia erogata da un motore elettrico è direttamente proporzionale alla corrente del motore (non alla tensione!) e alla corrente (I) è più o meno uguale a

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

Dove V è la tensione di alimentazione del motore, R è la resistenza dellavvolgimento ed ε è la forza controelettromotrice (EMF posteriore).

KV e EMF posteriore

LEMF posteriore è la tensione che sarebbe presente ai terminali del motore mentre il motore gira senza che nulla sia collegato ad esso. Questa tensione è prodotta dal motore che funge da alternatore, se volete, ed è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione. Il valore KV non è altro che un altro modo per affermare la relazione tra la velocità di rotazione e il back EMF (KV ≈ RPM / ε). Limita la velocità massima del motore a una determinata tensione della batteria, perché a una certa velocità dipendente da KV il back-EMF ” annullerà ” la tensione della batteria. Ciò impedisce il passaggio di altra corrente al motore e quindi riduce la coppia a zero.

Quando si accende il motore per la prima volta, la velocità è zero. Ciò significa che anche lEMF posteriore è zero, quindi le uniche cose che limitano la corrente del motore sono la resistenza dellavvolgimento e la tensione di alimentazione. Se il controller del motore (ESC) emettesse la piena tensione della batteria al motore a basse velocità, il motore e / o lESC si fonderebbero.

Tensione, frequenza, acceleratore e velocità

Negli schemi di controllo del motore brushless ad anello chiuso, la velocità del motore (di cui la frequenza di uscita è una funzione) non è controllata direttamente. Lacceleratore invece controlla la tensione di uscita e lESC regola continuamente la frequenza di uscita in risposta allo sfasamento tra langolo del rotore e la forma donda del motore. La fase dellEMF posteriore indica agli ESC senza sensori direttamente langolo corrente del rotore, mentre gli ESC con sensori utilizzano sensori a effetto hall per lo stesso scopo.

Fare le cose al contrario (impostare direttamente la frequenza e controllare tensione in risposta allo sfasamento misurato) diventerebbe un fine atto di bilanciamento:

• Limpostazione della tensione troppo bassa consentirebbe il flusso di una corrente insufficiente, limitando la coppia. Se la coppia diminuisce ma il carico rimane costante, il motore deve rallentare, con conseguente perdita immediata di sincronizzazione.

• Una tensione eccessiva provocherebbe un flusso di corrente eccessivo, sprecando potenza e surriscaldando il motore e lESC inutilmente.

Quindi il punto di efficienza ottimale è instabile con la ” frequenza prima ” controllo. Un circuito di controllo potrebbe tenerlo chiuso, ma se lESC non può “reagire abbastanza velocemente a un carico transitorio, si verificherà una perdita di sincronizzazione. Questo non è vero per ” prima tensione “, dove un transitorio di carico provocherà solo una momentanea riduzione della velocità senza effetti negativi.

Gli ESC usati negli elicotteri RC a passo collettivo hanno spesso un ” governor ” funzione, che mantiene una velocità del motore fissa proporzionale allimpostazione dellacceleratore. Anche questi ESC non controllano direttamente la frequenza, ma implementano invece un PID controller che imposta la tensione in risposta alla differenza tra la frequenza desiderata e quella effettiva.

ESC ” timing ”

Limpostazione della temporizzazione del motore degli ESC regola il setpoint di questo sfasamento meccanico-elettrico: una temporizzazione alta significa che luscita dellESC guida la posizione del rotore rilevata, ad es. 25 gradi, mentre con tempi bassi questo sfasamento è mantenuto molto più vicino allo zero. Unimpostazione di temporizzazione elevata produce più potenza in modo meno efficiente.

Coppia

I normali RC ESC non possono eseguire il controllo della coppia costante o la limitazione della coppia, poiché mancano di circuiti di rilevamento della corrente come misura di risparmio di costi e peso . La coppia erogata non è controllata in alcun modo; il motore produce solo la coppia (e assorbe proporzionalmente tanta corrente) quanta ne richiede il carico a una data velocità.Al fine di evitare che i rapidi colpi dellacceleratore sovraccarichino lESC, la batteria e / o il motore (poiché il superamento dellinerzia produce una coppia potenzialmente illimitata), gli ESC di solito hanno limiti allaccelerazione e alla tensione a una determinata frequenza.

Frenata

Se il motore continua a girare con mezzi esterni mentre la tensione è ridotta, alla fine lEMF posteriore diventerà più grande del livello che lESC cerca di guidare. Ciò causa una corrente negativa e frena il motore. Lelettricità così prodotta viene dissipata nelle bobine del motore o reimmessa nellalimentatore / batteria, a seconda della modalità di decadimento PWM utilizzata.

Commenti

• Grazie per la spiegazione dettagliata @jms. Quindi se ho capito bene aumentando la manetta aumenta lampiezza del segnale AC sui 3 fili del motore, che crea momentaneamente uno sfasamento, che lesc rileva (con back emf?) E poi cambia la sua frequenza di uscita di conseguenza?
• @ThomasKirven Questo ‘ è corretto e un modo molto carino per esprimerlo.
• Dovrebbe essere chiaro ” kv rating ” non ha nulla a che fare con la coppia
• @ TonyStewart.EEsince ‘ 75 Mentre sono parametri completamente distinti, cè un compromesso tra i due: quando acquisti due motori della stessa dimensione, massa e design, ma uno è avvolto a un KV più alto dellaltro, il motore con KV alto girerà più velocemente e genererà meno coppia alla stessa potenza assorbita.
• sì, ovviamente come le marce su una bicicletta, coppia vs velocità ma non correlato a HP o potenza effettiva

Un gene ESC valuta la corrente CA trifase. E da quello che ho capito, la frequenza della forma donda CA determina completamente la velocità del motore e lampiezza (tensione di picco meno tensione di valle) della forma donda è più o meno costante. A me sembra che la tensione non abbia davvero nulla a che fare con la determinazione della velocità di un motore brushless.

Scusa, ma è tutto sbagliato. I motori utilizzati nei quadricotteri sono motori CC Brushless (BLDC), che sono equivalenti a un motore CC con spazzole ma con commutazione elettronica.

La velocità del motore è determinata dalla tensione (“back-emf”) che il motore genera mentre gira, non dalla frequenza di commutazione (che deve seguire in blocco con la rotazione del motore o non gira). I motori BLDC hanno magneti permanenti, quindi la back-emf è direttamente proporzionale al numero di giri. Back-emf è uguale alla tensione applicata meno la caduta di tensione attraverso la resistenza e linduttanza dellavvolgimento, e il motore accelererà o rallenterà mentre assorbe la corrente richiesta per produrre la coppia assorbita dal carico, esattamente come un motore CC con spazzole.

LESC controlla la velocità del motore variando la tensione applicata. Di solito questo viene fatto con PWM, quindi la tensione di picco è sempre uguale alla tensione della batteria, ma la tensione media (a cui il motore risponde) varia in base al rapporto PWM on / off. LESC produce qualsiasi frequenza di commutazione richiesta dal motore, simile a come larmatura in un motore a spazzole fa sì che il commutatore commuti alla frequenza richiesta.

Quindi la tensione applicata ha tutto a che fare con la velocità del motore. Questo è il motivo per cui questi motori hanno un valore Kv: è un parametro essenziale per determinare quale numero di giri può essere raggiunto con una particolare tensione. Poiché la potenza assorbita da unelica è proporzionale alla 3a potenza del numero di giri e alla 4a potenza del diametro dellelica, Kv è un parametro critico quando si abbinano i componenti di un quadricottero.

Il valore Kv specificato dovrebbe essere il numero di giri teorico a 1V quando il motore non assorbe corrente. Tuttavia è comunemente calcolato dividendo semplicemente il numero di giri a vuoto misurato per la tensione applicata, che fornisce un valore leggermente inferiore (errato). E proprio come la velocità di un motore con spazzole può essere aumentata facendo avanzare le spazzole, così un ESC senza spazzole può aumentare il Kv effettivo di un motore BLDC anticipando la temporizzazione di commutazione. Aggiungete le tolleranze di produzione e un controllo di qualità scadente, e non è normale che un motore abbia un Kv effettivo del 20% superiore o inferiore rispetto alle sue specifiche.

I motori progettati per altri usi spesso non hanno un rating Kv perché non è considerato così importante. Tuttavia è normalmente fornito il numero di giri a vuoto alla tensione nominale, da cui si può derivare il Kv. Il motore Può anche essere specificata la costante di coppia “s (Kt). Kv è linverso di Kt.

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• Mi sembra fuorviante parlare di tensione applicata al motore, poiché il segnale è AC e sempre variabile. Se misurassi luscita della forma donda di un ESC mentre è collegato a un motore reale, vedrei davvero la forma donda crescere in ampiezza a valori di accelerazione più alti ??
• La tensione deve essere convertita da RMS a CC per ottenere lequivalente motore CC a spazzole commutate o la CC media effettiva applicata allESC che genera CC modulata PWM. Ignora la commutazione ESC e 3 fasi per capirlo. Non è un azionamento a controllo di frequenza variabile.
• ” Se misurassi luscita della forma donda di un ESC mentre è collegato a un motore reale, vedrei davvero la forma donda crescere in ampiezza a valori di farfalla più alti ?? ” – Una specie di. Vedresti unonda quadra PWM con duty cycle in aumento a valori di accelerazione più alti. Londa PWM è piatta per 1 passo di commutazione, quindi scende / sale linearmente per 2 passi per ottenere la polarità opposta (la tensione media che traccia una forma donda trapezoidale). Questo è ‘ AC ‘ alla frequenza di commutazione, ma ‘ DC medio ‘ alla frequenza PWM.
• @Tony Stewart qui è dove le cose si complicano. Con PWM a bassa frequenza la corrente si accende e si spegne completamente in modo che il motore risponda alla tensione rms dellonda PWM ‘ e la curva del gas non è lineare (più potenza del previsto a bassa acceleratore, ma anche più riscaldamento e minore efficienza). Quando la frequenza PWM viene aumentata, linduttanza del motore ‘ rende il flusso di corrente più fluido, quindi la risposta della tensione passa da rms a media e la curva dellacceleratore diventa lineare.
• e se il tasso di commutazione è troppo veloce per lESC, si ribalta e cade dal cielo .. forse un punto di bassa pressione che causa un rapido aumento degli RPM.

Perché i motori brushless hanno un valore kv?

“kv Rating” non ha nulla a che fare con coppia, corrente, potenza, spinta, sollevamento o trascinamento previsti

• Leccezione è che la coppia relativa può cambiare con il numero di magneti e il numero di avvolgimenti dello statore per giro, quindi come gli ingranaggi, questo rapporto può essere modificato. Quindi, in un certo senso, motori delle stesse dimensioni con valori kv relativamente più alti sono realizzati per maggiore velocità e minore portanza.

Si basa sul numero di magneti, sul numero di avvolgimenti dello statore per rotazione, sul numero di fasi per polo e non ha indicazione di potenza.

È puramente la velocità di rotazione che genera la tensione EMF posteriore per abbinare la tensione applicata. Questa corrispondenza si verifica solo in assenza di carico e la resistenza riduce questo rapporto fino al 10% con un aumento della tensione nominale a seconda delle perdite intrinseche. (ad es. Correnti parassite, attrito, generalmente piccolo rispetto alla potenza disp. La modifica del modello di avvolgimento dello statore o la modifica del numero di magneti cambierà il numero del rapporto RPM per volt per lo stesso materiale utilizzato come il rapporto di trasmissione su una bicicletta.

• • Calcoli di esempio con vari magneti, determinazione della rotazione del campo

    • magneti totali / 2 = fattore di rotazione del campo

    • Fattore di rotazione del campo * kV = ciclo magnetico / V

    • Quindi con 14 magneti, fattore di rotazione del campo = 7, quindi rotazione di campo = 7609 cicli / v

    • Per 2200 kv:

      • 14 magnete – 2200 * 7 = 154000 cicli / V
      • 10 magneti – 2200 * 5 = 11000 cicli / V
      • 8 magneti – 2200 * 4 = 8800 cicli / V

La potenza è una funzione della corrente e solo il carico è valutato con ENTRAMBI un carico lineare o il carico non lineare dellelica aerodinamica. o un carico lineare incrementale in termini di gm / W o gm / A dove gm è la spinta dellelica.

Miniatura di sfondo sulla teoria (molto semplificata)

• Si basa sulle leggi della fisica definite da Maxwell e più in profondità da Heaviside e Lorenz che hanno dimostrato che questa Forza in carica q è un prodotto della somma del campo E e della velocità del campo B.

Così dicono le equazioni vettoriali. F = q (E + vxB)

Il Forza di Lorenz , F che agisce su una particella di carica elettrica q con velocità istantanea v, a causa di un campo elettrico esterno E e campo magnetico B. Questa forza è ciò che chiamiamo Forza elettromagnetica e corrisponde al Back EMF a vuoto.

La velocità angolare per Volt è una più complessa con il numero di poli dello statore e dei poli del rotore che danno una conversione raziometrica e la commutazione della corrente del motore viene automaticamente invertito solo un numero adeguato di secondi darco dopo il campo magnetico nullo per garantire nessun arresto morto.(errore di progettazione / processo)

Quindi la velocità della carica magnetica è proporzionale allintensità del campo che è dovuta alla tensione ed è anche indicata come intensità del campo EMF posteriore

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• Coloro che possono trovare un difetto devono provarlo, quelli che riconoscono la verità dovrebbero approvarla
• Questo è tecnicamente corretto quindi ho azzerato (+1) i tuoi voti, ma cè sicuramente un modo molto più comprensibile per dirlo nel modo in cui ‘ stai cercando di esprimerlo.
• Sto aggiungendo anche un +1, questo copre lorigine delle costanti. Ho aggiunto una risposta che collega Kv, Kt e Ke
• @Daniel era daccordo, ma la teoria è stata inserita solo per mostrare le radici dei principi magnetici che sono molto più complessi di questo lettore ‘ versione digest. Il BEMF può essere interpretato in modi diversi, ma corrisponde sempre a Vin senza carico, indipendentemente dal fatto che si tratti di un motore da megawatt o milliwatt.
• Conoscere qualsiasi fonte che lo spieghi in modo dettagliato, fino ai campi variabili nel tempo utilizzati in maxwells equations?

La valutazione KV si riferisce a massimo RPM / volt che può essere raggiunto con il motore, quindi un motore da 2300 KV a 1 V funzionerebbe a velocità fino a 2300 RPM, indipendentemente dalla frequenza. Minore è la tensione, minore è la coppia massima che il motore può produrre. Se si aumentasse la frequenza e si tentasse di farlo funzionare a una velocità maggiore, il motore non avrebbe coppia sufficiente per superare lattrito a quella velocità e lo stallo.

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• Quindi è lattuale coppia zero RPM per quella tensione? cioè è la tensione di picco della forma donda quando la fai ruotare con un trapano a quel regime?
• LRPM a coppia zero sarà di solito da qualche parte al di sopra del valore KV – il valore KV è solo un punto in cui il motore può fornire una quantità ragionevole di coppia e il suo funzionamento a una frequenza più elevata possono causare una coppia ridotta, un funzionamento inaffidabile o eventualmente uno stallo quando non è più in grado di superare lattrito.
• Hai altre informazioni che puoi aggiungere alla tua risposta come dove e perché è stata sviluppata questa valutazione? Sembra essere piuttosto limitato ai quad-elicotteri e mercati simili.
• È ‘ difficile da dire, ma probabilmente è stato sviluppato dallindustria RC come un modo di classificare i motori per una velocità massima sicura. Non lho mai visto su motori brushless destinati ad applicazioni non RC
• Quindi lampiezza del segnale prodotto da un ESC non è effettivamente costante?

Per una macchina BLDC ci sono due costanti chiave

\ $ K_t \ $ con unità Nm / A

\ $ K_e \ $ con unità V / \ $ \ omega \ $ (tensione linea-linea di picco)

Per una macchina BLDC ideale \ $ K_t \ equiv K_e \ $ ma a causa delle specifiche su dove questi due costanti una definita (\ $ K_e \ $ essendo tensione a terminale aperto & \ $ K_t \ $ essendo produzione di coppia alla corrente nominale) \ $ K_t \ $ tende ad essere inferiore a causa di saturazione dello statore

Cosa centra questo con i motori BLDC per quadrotori & \ $ K_v \ $

Bene \ $ K_v \ $ è solo il reciproco di \ $ K_e \ $ ONCE convertito in rpm.

Poiché i quadrotori e tali dispositivi RC sono solitamente limitati dalla tensione di alimentazione, questa costante di rpm vi dirà la velocità del rotore che può essere raggiunta ( scaricato) per a batteria fornita. Allo stesso modo è possibile stimare la coppia che può essere prodotta a causa della relazione tra queste costanti.

Il ruolo di un ESC è di mantenere il flusso dello statore a 90 gradi rispetto al flusso del rotore. Questo viene fatto con luso del sensore di posizione, come lelemento hall o utilizzando il rilevamento EMF posteriore – controllo sensorless.
Inoltre lESC può emettere unuscita trifase sinusoidale, il cosiddetto FOC (Field Oriented Control) o tensione quadrata, dove solo due bobine sono collegate contemporaneamente, la terza è lasciata flottante.
Non è il caso che il rotore stia seguendo il campo dello statore, bensì il contrario: è il campo dello statore che segue la posizione del rotore. Con FOC , lampiezza della tensione dello statore vettoriale è costante e rotante rispetto alla posizione del rotore. La tensione deve essere superiore alla tensione generata dal back EMF per far girare il motore. Qui è dove il fattore Kv gioca un ruolo.

Non sono sicuro del motivo per cui non è citato in questo contesto.

Dovrebbe essere V / krpm. o volt / 1000 giri / minuto. Potrei forse capire V / k mano corta ma kv è chilo volt.
Forse volt tra le gambe del motore o una gamba e il neutro potrebbero essere am biguous ma la convenzione è tra 2 gambe dei cavi del motore.Immagino sia perché è più facile se non esiste un filo neutro.

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• No, kilovolt è scritto come ‘ kV ‘, non ‘ kv ‘. Vedi en.wikipedia.org/wiki/… .