De ce motoarele fără perii au un rating kv?

Cuplul de ieșire al unui motor electric este direct proporțional cu curentul motorului (nu cu tensiunea!) și cu curentul (I) este aproximativ egal cu

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

În cazul în care V este tensiunea de alimentare a motorului, R este rezistența la înfășurare și ε este forța electromotoare din spate (EMF din spate).

KV și EMF din spate

EMF din spate este tensiunea care ar fi prezentă la bornele motorului pe măsură ce motorul se rotește fără ca nimic să fie conectat la acesta. Această tensiune este produsă de motorul care acționează ca alternator, dacă doriți, și este direct proporțională cu viteza de rotație. Evaluarea KV nu este altceva decât un alt mod de a stabili relația dintre viteza de rotație și EMF înapoi (KV ≈ RPM / ε). Limită viteza maximă a motorului la o anumită tensiune a bateriei, deoarece la o anumită viteză dependentă de KV, back-EMF va ” anula ” tensiunea bateriei. Acest lucru împiedică curgerea mai multor curenți către motor și astfel reduce cuplul la zero.

Când porniți motorul pentru prima dată, viteza este zero. Aceasta înseamnă că EMF din spate este, de asemenea, zero, deci singurele lucruri care limitează curentul motorului sunt rezistența la înfășurare și tensiunea de alimentare. Dacă controlerul motorului (ESC) ar trebui să transmită tensiunea completă a bateriei la motor la viteze mici, motorul și / sau ESC s-ar topi.

Tensiune, frecvență, clapetă și viteză

În schemele de control ale motorului fără perii cu buclă închisă, viteza motorului (a cărei frecvență de ieșire este o funcție) nu este controlată direct. Accelerația controlează în schimb tensiunea de ieșire, iar ESC reglează continuu frecvența de ieșire ca răspuns la schimbarea de fază între unghiul rotorului și forma de undă a unității. Faza EMF din spate indică ESC-urile senzoriale direct unghiul curent al rotorului, în timp ce ESC-urile senzorizate folosesc senzori de efect de hală în același scop.

Fac lucrurile invers (setând direct frecvența și controlând tensiunea ca răspuns la defazarea măsurată) ar deveni un act de echilibrare fină:

• Setarea tensiunii prea scăzută ar permite curgerea unui curent prea mic, limitând cuplul. Dacă cuplul scade, dar încărcătura rămâne constantă, motorul trebuie să încetinească, ceea ce duce la pierderea imediată a sincronizării.

• Prea multă tensiune ar determina curgerea excesivă a curentului, risipirea puterii și încălzirea motorul și ESC inutil.

Astfel punctul de eficiență optim este instabil cu ” mai întâi cu frecvența ” control. O buclă de control ar putea să o țină aproape, dar dacă ESC nu poate reacționa suficient de repede la o sarcină va avea loc pierderea tranzitorie de sincronizare. Acest lucru nu este adevărat pentru tensiunea ” mai întâi ” control, în cazul în care o sarcină tranzitorie va provoca doar o reducere momentană a vitezei fără efecte negative.

ESC-urile utilizate în elicopterele RC cu pas colectiv au adesea un governor „, care menține o viteză fixă a motorului proporțională cu setarea clapetei de accelerație. Chiar și aceste ESC nu controlează de fapt frecvența direct, în loc să implementeze un PID controler care setează tensiunea ca răspuns la diferența dintre frecvența dorită și cea reală.

ESC ” sincronizare ”

Setarea de sincronizare a motorului pentru ESC ajustează valoarea de referință a acestei schimbări de fază mecanic-electrică: Timing ridicat înseamnă că ieșirea ESC conduce poziția rotorului detectat de ex. 25 de grade, în timp ce cu un timp scăzut, această schimbare de fază este menținută mult mai aproape de zero. O setare de sincronizare ridicată produce mai multă putere mai puțin eficient.

Cuplu

RC RC-urile normale nu pot controla constant cuplul sau limitează cuplul, deoarece nu au circuite de detectare a curentului ca măsură de reducere a costurilor și greutății . Cuplul de ieșire nu este controlat în niciun fel; motorul produce doar cuplu (și atrage proporțional cu atât curent) cât necesită sarcina la o viteză dată.Pentru a preveni supraîncărcarea pumnilor de accelerație rapidă a ESC, a bateriei și / sau a motorului (deoarece depășirea inerției produce un cuplu potențial nelimitat), ESC-urile au de obicei limite la accelerație și la tensiune la o anumită frecvență. / h3>

Dacă motorul continuă să se rotească prin mijloace externe în timp ce tensiunea este redusă, în cele din urmă EMF din spate va deveni mai mare decât nivelul pe care ESC încearcă să îl conducă. Acest lucru provoacă curent negativ și frânează motorul. Energia electrică astfel produsă este fie disipată în bobinele motorului, fie alimentată înapoi în sursa de alimentare / baterie, în funcție de PWM modul de dezintegrare utilizat.

Comentarii

• Vă mulțumim pentru explicația detaliată @jms. Deci, dacă înțeleg corect creșterea clapetei de accelerație crește amplitudinea semnalului de curent alternativ pe cele 3 fire ale motorului, ceea ce creează momentan o schimbare de fază, pe care esc detectează (cu emf înapoi?) Și apoi își schimbă ieșirea de frecvență în consecință?
• @ThomasKirven Acest lucru este ‘ corect și un mod foarte frumos de a-l spune.
• Ar trebui să fie clar ” kv rating ” nu are nimic de-a face cu cuplul
• @ TonyStewart.EEsince ‘ 75 În timp ce sunt parametri complet diferiți, există un compromis între cei doi: atunci când cumpărați două motoare de aceeași dimensiune, masă și design, dar unul este înfășurat la un KV mai mare decât celălalt, motorul KV înalt se va roti mai repede și va genera un cuplu mai mic la aceeași putere de intrare.
• da, desigur, ca vitezele de pe bicicletă, cuplul față de viteză, dar fără legătură cu HP sau cu puterea reală

O genă ESC curent curent alternativ 3 faze. Și din ceea ce înțeleg, frecvența formei de undă AC determină complet viteza motorului, iar amplitudinea (tensiunea de vârf minus tensiunea minimă) a formei de undă este mai mult sau mai puțin constantă. Pentru mine, acest lucru pare că tensiunea nu are nimic de-a face cu determinarea vitezei unui motor fără perii.

Ne pare rău, dar totul este greșit. Motoarele utilizate în quadcopters sunt motoare DC fără perii (BLDC), care sunt echivalente cu un motor DC periat, dar cu comutare electronică.

Viteza motorului este determinată de tensiunea („back-emf”) generată de motor pe măsură ce se rotește, nu frecvența de comutare (care trebuie să urmeze în pasul de blocare cu rotația motorului sau nu se va roti). Motoarele BLDC au magneți permanenți, astfel încât back-emf este direct proporțională cu rpm. Back-emf este egal cu tensiunea aplicată minus căderea de tensiune pe rezistența înfășurării și inductanță, iar motorul va accelera sau încetini, deoarece trage curentul necesar pentru a produce cuplul absorbit de sarcină – exact la fel ca un motor DC periat.

ESC controlează viteza motorului variind tensiunea aplicată acestuia. De obicei, acest lucru se face cu PWM, astfel încât tensiunea de vârf este întotdeauna egală cu tensiunea bateriei, dar tensiunea medie (la care motorul răspunde) variază în funcție de raportul PWM pornire / oprire. ESC produce orice frecvență de comutare pe care o solicită motorul, similar cu modul în care armătura unui motor periat determină comutatorul să comute la frecvența pe care o solicită.

Deci, tensiunea aplicată are totul de-a face cu viteza motorului. Acesta este motivul pentru care aceste motoare au un rating Kv – este un parametru esențial pentru a determina ce rpm poate fi atins cu o anumită tensiune. Deoarece puterea absorbită de o elice este proporțională cu cea de-a treia putere a rpm-ului și a 4-a putere a diametrului propunerii, Kv este un parametru critic atunci când se potrivește componentele unui quadcopter.

Valoarea Kv specificată ar trebui să fie rotația teoretică la 1V când motorul nu trage niciun curent. Cu toate acestea, acesta este calculat în mod obișnuit prin simpla împărțire a rpm-ului măsurat fără sarcină la tensiunea aplicată, ceea ce oferă o valoare ușor mai mică (incorectă). Și la fel cum viteza unui motor periat poate fi mărită prin avansarea periilor, tot așa un ESC fără perii poate crește Kv efectiv al unui motor BLDC prin avansarea sincronizării comutării. Adăugați toleranțe de fabricație și un control de calitate slab și nu este obișnuit ca un motor să aibă un Kv real cu 20% mai mare sau mai mic decât specificațiile sale.

Motoarele proiectate pentru alte utilizări adesea nu au o valoare nominală Kv, deoarece nu este considerată atât de importantă. Cu toate acestea, este de regulă furnizat rpm fără sarcină la tensiunea nominală, din care poate fi derivat Kv. Motorul Constanta de cuplu (Kt) poate fi de asemenea specificată. Kv este inversul lui Kt.

Comentarii

• Pare înșelător să vorbim despre tensiunea aplicată motorului, deoarece semnalul este alternativ și variază întotdeauna. Dacă aș măsura ieșirea formei de undă a unui ESC în timp ce sunt conectat la un motor real, aș vedea într-adevăr forma de undă crescând în amplitudine la valori mai mari ale clapetei de accelerație ??
• Tensiunea trebuie convertită de la RMS la DC pentru a obține motorul DC echivalent tip perie comutată sau DC-ul mediu real aplicat ESC care generează DC modulat PWM. Ignorați comutarea ESC și 3 faze pentru ao înțelege. Nu este o unitate de control al frecvenței variabile.
• ” Dacă aș măsura ieșirea formei de undă a unui ESC în timp ce sunt conectat la un motor real, aș vedea într-adevăr forma de undă în creștere in amplitudine la valori mai mari ale acceleratiei ?? ” – Sortare de. Ai vedea un val pătrat PWM cu ciclu de funcționare crescând la valori mai mari ale clapetei de accelerație. Unda PWM este cu vârf plat pentru o etapă de comutare, apoi rampează în jos / sus liniar timp de 2 trepte pentru a ajunge la polaritatea opusă (tensiunea medie care trasează o formă de undă trapezoidală). Acesta este ‘ AC ‘ la frecvența de comutare, dar ‘ a făcut media DC ‘ la frecvența PWM.
• @Tony Stewart aici se complică. Cu PWM cu frecvență joasă, curentul pornește și se oprește complet, astfel încât motorul să răspundă la tensiunea RMS a undei PWM ‘, iar curba clapetei de accelerație este neliniară (mai multă putere decât se aștepta la un nivel scăzut accelerație, dar și mai multă încălzire și eficiență mai mică). Când frecvența PWM este crescută, inductanța motorului ‘ face curentul să curgă mai lin, astfel încât răspunsul de tensiune să se deplaseze de la rms la mediu și curba clapetei de accelerație devine liniară.
• și dacă rata de comutare este prea rapidă pentru ESC, aceasta se răstoarnă și cade din cer .. poate un punct de presiune scăzută care determină o creștere rapidă a RPM.

De ce motoarele fără perii au un rating kv?

„kv Rating” nu are nimic de-a face cu cuplul, curentul, puterea, forța, ridicarea sau glisarea așteptate

• Excepția este că cuplul relativ se poate modifica cu numărul de magneți și cu numărul de înfășurări ale statorului pe rotație, așa cum ar fi uneltele, acest raport poate fi modificat. Deci, într-un anumit sens, motoarele de aceeași dimensiune cu valori relativ mai mari ale kv sunt făcute pentru o viteză mai mare și o ridicare mai mică.

Se bazează pe numărul de magneți, numărul de înfășurări ale statorului pe rotație, numărul de faze pe pol și nu are nicio indicație de putere.

Este pur viteza de rotație care generează înapoi tensiunea EMF pentru a se potrivi cu tensiunea aplicată. Această potrivire are loc fără sarcină și trageți reduce acest raport cu până la 10% cu creșterea tensiunii nominale în funcție de pierderile inerente. (de exemplu, curent turbionar, frecare, în general mic comparativ cu puterea Schimbarea modelului statorului înfășurării sau modificarea numărului de magneți va schimba numărul raportului RPM per volt pentru același material utilizat ca raportul de transmisie pe o bicicletă.

• • Exemple de calcule cu magneți diferiți, Determinați rotația câmpului

    • magneți total / 2 = factor de rotație a câmpului

    • Factor de rotație a câmpului * kV = ciclu magnetic / V

    • Deci, cu 14 magneți, factor de rotație a câmpului = 7, astfel rotația câmpului = 7609 cicluri / v

    • Pentru 2200 kv:

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

Puterea este o funcție a curentului și numai încărcarea este evaluată cu ORICE o sarcină liniară sau o sarcină neliniară a propulsorului aerodinamic. sau o sarcină liniară incrementală în termeni de gm / W sau gm / A unde gm este propulsia prop.

Miniatura de fundal a teoriei (prea simplificată)

• Se bazează pe legile fizicii definite de Maxwell și mai în profunzime de Heaviside și Lorenz, care au dovedit că această Forță de sarcină q este un produs din suma câmpului E și a vitezei câmpului B.

Deci ecuațiile vectoriale spun. F = q (E + vxB)

Forța Lorenz , F acționând asupra unei particule de sarcină electrică q cu viteza instantanee v, datorită unui câmp electric extern E și câmpului magnetic B. Această forță este ceea ce numim Forța electromagnetică și se potrivește cu EMF din spate fără sarcină.

Viteza unghiulară pe volt este una mai complexă, cu numărul de poli statorici și poli de rotor care oferă o conversie ratiometrică și comutarea curentului motor este inversat automat doar la un număr adecvat de secunde de arc după câmpul magnetic nul pentru a asigura o oprire mortă.(eșec de proiectare / proces)

Astfel viteza de încărcare magnetică este proporțională cu intensitatea câmpului care se datorează tensiunii și este denumită și intensitatea câmpului EMF înapoi

Comentarii

• Cei care pot găsi vina trebuie să o demonstreze, cei care recunosc adevărul ar trebui să-l aprobe
• Acest lucru este corect din punct de vedere tehnic, așa că am redus la zero (+1) voturile dvs., dar există cu siguranță un mod mult mai ușor de înțeles de a spune acest lucru în modul în care ‘ încercați să-l exprimați.
• adăug și +1, acesta acoperă de unde vin constantele. Am adăugat un răspuns care leagă Kv, Kt și Ke
• @Daniel a fost de acord, dar teoria este aruncată doar pentru a arăta rădăcinile principiilor magnetice care sunt mult mai complexe decât acest cititor ‘ versiunea de rezumat. BEMF poate fi interpretat în diferite moduri, dar întotdeauna se potrivește cu Vin fără sarcină, indiferent dacă un motor de megawatt sau un milliwatt.
• Cunoașteți orice sursă care explică acest lucru în detaliu, până la câmpurile variate în timp utilizate în ecuații maxwells?

Evaluarea KV se referă la maxim RPM / volt care poate fi atins cu motorul – deci un motor de 2300 KV la 1 V ar funcționa la viteze până la 2300 RPM, indiferent de frecvență. Cu cât este mai mică tensiunea, cu atât este mai mic cuplul maxim pe care îl poate produce motorul. Dacă ar fi să măriți frecvența și să încercați să o rulați la o viteză mai mare, motorul nu ar avea un cuplu suficient pentru a depăși fricțiunea la acea viteză și a se bloca.

Comentarii

• Deci, este acesta cuplul zero RPM pentru tensiunea respectivă? adică este tensiunea de vârf a formei de undă atunci când o rotiți cu un burghiu la acel RPM?
• Cuplul zero RPM va fi de obicei undeva peste valoarea nominală KV – ratingul KV este doar un punct în care motorul poate furniza o cantitate rezonabilă de cuplu și rularea acestuia la o frecvență mai mare poate cauza un cuplu redus, o funcționare nesigură sau, în cele din urmă, blocarea atunci când nu mai poate depăși fricțiunea.
• Aveți informații suplimentare pe care le puteți adăuga la răspunsul dvs. cum ar fi unde și de ce a fost dezvoltat acest rating? Se pare că este destul de limitat la quad-coptere și piețe similare.
• Este greu de spus ‘, dar probabil a fost dezvoltat de industria RC ca mod de evaluare a motoarelor pentru o viteză maximă sigură. Nu am văzut asta niciodată pe motoarele fără perii destinate aplicațiilor non-RC
• Deci amplitudinea semnalului pe care o produce un ESC nu este de fapt constantă?

Pentru o mașină BLDC există două constante cheie

\ $ K_t \ $ cu unități Nm / A

\ $ K_e \ $ cu unitățile V / \ $ \ omega \ $ (tensiune de linie de vârf)

Pentru o mașină BLDC ideală \ $ K_t \ echiv K_e \ $, dar datorită specificității locului unde acestea două constante a definite (\ $ K_e \ $ fiind tensiune la terminal deschis & \ $ K_t \ $ fiind producția de cuplu la curentul nominal) \ $ K_t \ $ tinde să fie mai mică datorită saturația statorului

Ce are acest lucru cu motoarele BLDC pentru quadrotori & \ $ K_v \ $

Ei bine \ $ K_v \ $ este doar reciprocul lui \ $ K_e \ $ ONCE convertit în rpm.

Deoarece cuadrotorii și astfel de dispozitive RC sunt de obicei limitate la tensiunea de alimentare, această constantă de rpm vă va spune viteza rotorului care poate fi atinsă ( descărcat) pentru un baterie dată. De asemenea, puteți estima cuplul care poate fi produs datorită relației dintre aceste constante.

Rolul unui ESC este de a menține fluxul statoric la 90 de grade față de fluxul rotorului. Acest lucru se face cu utilizarea senzorului de poziție, cum ar fi elementul hol sau utilizând detectarea EMF înapoi – control fără senzori.
Mai mult, ESC poate ieși ieșire trifazată cu undă sinusoidală, așa numită FOC (Field Oriented Control) sau tensiune pătrată, unde numai două bobine sunt conectate în același timp, a treia este lăsată plutitoare.
Nu este cazul, că rotorul urmărește câmpul statorului, ci mai degrabă opusul – este statorul depus care urmează poziția rotorului. Cu FOC , amplidutul tensiunii statorului vector este constant și se rotește în funcție de poziția rotorului. Tensiunea trebuie să fie mai mare decât tensiunea generată EMF înapoi pentru a roti motorul. Aici factorul Kv joacă un rol.

Nu sunt sigur de ce se citește greșit acest context.

Ar trebui să fie V / krpm. sau volți / 1000 de rotații / minut. Aș putea înțelege mâna scurtă V / k, dar kv este kilo volți.
Poate că volți între picioare pe motor sau un picior și neutru pot fi am mare, dar convenția este între 2 picioare ale cablurilor motorului.Aș presupune că este pentru că este mai ușor dacă nu există fir neutru.

Comentarii

• Nu, kilovolți este scris ca ‘ kV ‘, nu ‘ kv ‘. Consultați en.wikipedia.org/wiki/… .