Neden fırçasız motorlar kv değerine sahip?

Neden quadrotorlar için kullanılanlar gibi fırçasız motorların motordaki voltaj başına RPM olduğu kv derecesine sahip olduğunu merak ediyorum. Bu nedenle, 2300 kv'lık bir motor 2300 rpm'de "1 volt uygulanırsa" döner.

Parantez içindeki kısım bana mantıklı gelmiyor. Bir ESC, 3 fazlı AC akım üretir. Anladığım kadarıyla AC dalga formunun frekansı tamamen motor hızını belirler ve dalga formunun genliği (tepe voltajı eksi oluk voltajı) az çok sabittir. Bana göre bu gerilimin fırçasız motorun hızını belirlemekle hiçbir ilgisi yok gibi görünüyor.

Bir elektrik motorunun tork çıkışı, motor akımıyla doğru orantılıdır (gerilim değil!) Ve akım (I) kabaca eşittir.

V motor besleme voltajı ise, R, sarım direnci ve ε arka elektromotor kuvvetidir (arka EMF).

KV ve geri EMF

Arka EMF, motor kendisine bağlı hiçbir şey olmadan döndükçe motor terminallerinde bulunabilecek gerilimdir. Bu voltaj, motor tarafından alternatör olarak görev yapan, üretecekseniz üretilir ve dönüş hızı ile doğru orantılıdır. KV derecesi, dönüş hızı ve geri EMF (KV ≈ RPM / ε) arasındaki ilişkiyi belirtmenin başka bir yoludur. Belirli bir akü voltajındaki maksimum motor hızını sınırlar, çünkü bazı KV'ye bağlı hızlarda geri EMF akü voltajını "iptal eder". Bu daha fazla akımın motora akmasını önler ve böylece torku sıfıra indirir.

Motorunuzu ilk açtığınızda hız sıfırdır. Bu, arka EMF'nin de sıfır olduğu anlamına gelir, bu nedenle motor akımını sınırlayan tek şey sargı direnci ve besleme gerilimidir. Motor kontrol cihazı (ESC), tam akü voltajını motora düşük hızlarda verecekti, motor ve / veya ESC eriyecek.

Gerilim, frekans, gaz ve hız

Kapalı çevrimde fırçasız motor kontrol şemalarında motor hızı (çıkış frekansının bir işlevidir) doğrudan kontrol edilmez. Gaz, bunun yerine çıkış gerilimini kontrol eder ve ESC , rotorun açısı ile sürücü dalga formu arasındaki faz kaymasına yanıt olarak çıkış frekansını sürekli olarak ayarlar . Arka EMF'nin fazı, sensörsüz ESC'lere doğrudan rotorun akım açısını söylerken, sensörlü ESC'ler aynı amaç için salon etkisi sensörlerini kullanır.

İşleri başka bir yolla yapmak (frekansı doğrudan ayarlamak ve ölçülen faz kaymasına cevaben voltajı kontrol etmek) iyi bir dengeleme eylemi haline gelecektir:

• Gerilimi çok düşük ayarlamak, çok az akımın akmasını sağlayarak torku sınırlar. Tork düşüyor ancak yük sabit kalıyorsa, motorun yavaşlaması gerekir, bu da anında senkronizasyon kaybına neden olur.

• Çok fazla voltaj, aşırı akımın akmasına, gücün boşa gitmesine ve motorun ve ESC'nin gereksiz yere ısıtılmasına neden olur.

Bu nedenle, optimum verimlilik noktası "önce frekans" kontrolü ile kararsızdır. Bir kontrol döngüsü onu yakın tutabilir, ancak ESC yük geçici senkronizasyon kaybı için yeterince hızlı tepki vermezse gerçekleşir. Bu, bir yük geçişinin sadece hiçbir olumsuz etkisi olmayan hızda anlık bir azalmaya neden olacağı "ilk voltaj" kontrolü için doğru değildir.

Kolektif adımlı RC helikopterlerde kullanılan ESC'ler, gaz kelebeği ayarına orantılı sabit motor hızını koruyan bir “vali” fonksiyonuna sahiptir. Bu ESC'ler bile doğrudan frekansı doğrudan kontrol etmez, bunun yerine istenen ve gerçek frekans arasındaki farka cevaben voltajı ayarlayan bir PID kontrol cihazı uygulamak.

ESC "zamanlaması"

ESC'lerin motor zamanlama ayarı, bu mekanik-elektrik faz kaymasının ayar noktasını ayarlar: Yüksek zamanlama, ESC çıktısının algılanan rotor pozisyonunu örneğin 25 derece yönlendirdiği anlamına gelirken, düşük zamanlama ile bu faz kayması sıfıra çok daha yakın tutulur. Yüksek bir zamanlama ayarı daha az verimli bir şekilde daha fazla güç üretir.

dönme momenti

Normal RC ESC'leri sabit bir tork kontrolü veya tork sınırlandırması yapamaz, çünkü maliyet ve ağırlık tasarrufu önlemi olarak akım algılama devreleri yoktur. Tork çıkışı hiçbir şekilde kontrol edilmez; motor, yük belirli bir hızda gerektirdiği kadar çok tork üretir (ve o kadar akım çeker). Hızlı gaz kelebeği zımbalarının ESC, akü ve / veya motoru aşırı yüklenmesini önlemek için (ataletin aşılması potansiyel olarak sınırsız tork ürettiği için), ESC'ler genellikle hızlanma ve belirli bir frekanstaki gerilime sınırlama yapar.

Frenleme

Gerilim düşürülürken motor harici yollarla dönmeye devam ederse, sonunda EMF ESC'nin sürmeye çalıştığı seviyeden daha büyük hale gelecektir. Bu, negatif akıma neden olur ve motoru frenler. Bu şekilde üretilen elektrik, kullanılan PWM bozulma moduna bağlı olarak motor bobinlerinde dağıtılır veya tekrar güç kaynağına / aküye beslenir .

Bir ESC, 3 fazlı AC akım üretir. Anladığım kadarıyla AC dalga formunun frekansı tamamen motor hızını belirler ve dalga formunun genliği (tepe voltajı eksi oluk voltajı) az çok sabittir. Bana göre bu gerilimin fırçasız motorun hızını belirlemekle hiçbir ilgisi yok gibi görünüyor.

Üzgünüm, ama hepsi yanlış. Quadcopterlerde kullanılan motorlar, fırçalanmış bir DC motora eşdeğer ancak elektronik komütasyonlu Fırçasız DC motorlardır (BLDC).

Motor hızı, motor o dönüyor olarak ürettiği gerilimi ( 'arka emf') tarafından belirlenir değil komütasyon frekansını (motorun dönme ile kilit adım takip etmek vardır ya da sıkma olmaz). BLDC motorları kalıcı mıknatıslara sahiptir, bu nedenle back-emf doğrudan rpm ile orantılıdır. Back-emf, sarım direnci ve endüktansı boyunca uygulanan voltaj eksi voltaj düşüşüne eşittir ve yük tarafından absorbe edilen torku üretmek için gereken akımı çekerken motor tam olarak hızlanır veya yavaşlar - tam olarak fırçalanmış bir DC motorla aynıdır.

ESC, uygulanan voltajı değiştirerek motor hızını kontrol eder. Genellikle bu PWM ile yapılır, böylece tepe voltajı her zaman pil voltajına eşittir, ancak ortalama voltaj (motorun verdiği) PWM açık / kapalı oranına göre değişir. ESC, fırçalanmış bir motordaki armatürün komütatörün istediği frekansta değişmesine neden olmasına benzer şekilde, motorun istediği komütasyon frekansını üretir.

Uygulanan gerilimin Yani sahiptir şeyi motor hızı ile ilgisi yok. Bu motorların Kv derecesine sahip olmasının nedeni budur - belirli bir voltajda hangi rpm'nin elde edilebileceğini belirlemek için temel bir parametredir. Bir pervane tarafından emilen güç, rpm'in 3. gücü ve 4. pervane çapının gücü ile orantılı olduğundan, Kv, bir quadcopter bileşenlerini eşleştirirken kritik bir parametredir.

Motor herhangi bir akım çekmiyorsa, belirtilen Kv değeri 1V'daki teorik rpm olmalıdır . Bununla birlikte, genel olarak hesaplanan ölçülen yüksüz rpm'yi, biraz daha düşük (yanlış) bir değer veren uygulanan voltajla bölerek hesaplanır. Fırçaların ilerletilmesiyle bir fırçalanmış motorun hızı arttırılabildiği gibi, fırçasız bir ESC komütasyon zamanlamasını ilerleterek bir BLDC motorun etkin Kv'sini arttırabilir. Üretim toleransları ve düşük kalite kontrolü ekleyin ve bir motorun Kv'nin spesifikasyonundan% 20 daha yüksek veya daha düşük olması normal değildir.

Diğer kullanımlar için tasarlanan motorlar çoğu zaman Kv derecesine sahip değildir, çünkü çok önemli sayılmaz. Bununla birlikte, nominal voltajdaki yüksüz rpm genellikle Kv'nin türetilebildiği bir şekilde sağlanır. Motorun tork sabiti (Kt) de belirtilebilir. Kv, Kt'nin tersidir.

Neden fırçasız motorlar kv değerine sahip?

"kv Derecesi" beklenen Tork, akım, güç, itme, kaldırma veya sürükleme ile ilgisi yoktur

• Bunun istisnası göreceli tork, mıknatıs sayısı ve devir başına stator sargı sayısı ile değişebildiği için, dişliler gibi, bu oran değiştirilebilir. Bu nedenle, bir anlamda, daha yüksek hız ve daha az kaldırma için nispeten yüksek kv değerlerine sahip aynı boyutlu motorlar üretilir.

Mıknatıs sayısına, dönüş başına stator sargı sayısına, kutup başına faz sayısına dayanır ve hiçbir güç göstergesi yoktur.

Tamamen, uygulanan gerilime uyması için geri EMF gerilimini üreten dönme hızıdır. Bu eşleşme sadece yüksüz olarak gerçekleşir ve sürtünme bu oranı doğal kayıplara bağlı olarak nominal gerilime doğru artarak% 10'a kadar azaltır. (örneğin girdap akımı, sürtünme, genel olarak elektrik enerjisine kıyasla küçüktür. Sargı stator modelini değiştirmek veya mıknatıs sayısını değiştirmek, bir bisikletteki dişli oranı gibi kullanılan aynı malzeme için volt başına RPM oranını değiştirecektir.

• • Çeşitli mıknatıslarla örnek hesaplamalar, Alan rotasyonunu belirleme

    • toplam mıknatıslar / 2 = alan dönme faktörü

    • Alan dönme faktörü * kV = manyetik döngü / V

    • Böylece 14 mıknatıs ile, alan dönme faktörü = 7, böylece alan dönme = 7609 devir / v

    • 2200 kv için:

      • 14 mıknatıs - 2200 * 7 = 154000 devir / V
      • 10 mıknatıs - 2200 * 5 = 11000 devir / V
      • 8 mıknatıs - 2200 * 4 = 8800 devir / V

Güç, akımın bir işlevidir ve yük yalnızca EITHER doğrusal bir yük veya aerodinamik prop'un doğrusal olmayan yükü ile derecelendirilir. veya gm / w veya gm / A cinsinden artan bir doğrusal yük olup, burada gm pervane baskısıdır.

Teoride arkaplan küçük resmi (fazla basitleştirilmiş)

• Maxwell'in tanımladığı Fizik yasalarına ve Heaviside tarafından daha derinlemesine ve bu q yükündeki G kuvvetinin E alanının toplamının ve B alanının hızının bir ürünü olduğunu kanıtlayan Lorenz'e dayanmaktadır.

Yani vektör denklemleri diyor. F = q (E + VXB)

Lorentz gücünün , K Bu kuvvet elektromanyetik kuvvet arama ve yüksüz geri EMF tarafından eşleştirilir ne bağlı bir dış elektrik sahası E ve manyetik saha B, anlık hızı v elektrik yükü q, bir parçacık üzerine etki eden.

Volt başına Açısal Hız, bir oranmetrik dönüşüm sağlayan stator kutupları ve rotor kutupları sayısıyla daha karmaşık bir yapıdır ve motor akımının komütasyonu, boş manyetik alandan sonra ölü durma olmamasını sağlamak için yeterli sayıda ark saniyesini otomatik olarak ters çevirir. . (tasarım / işlem hatası)

Bu nedenle, manyetik şarj hızı, Gerilimden kaynaklanan ve ayrıca Geri EMF alan kuvveti olarak da adlandırılan Alan kuvveti ile orantılıdır.

KV derecesi , motorla elde edilebilecek maksimum RPM / volt anlamına gelir - bu nedenle 1 V'de bir 2300 KV motor , frekanstan bağımsız olarak 2300 RPM'ye kadar olan hızlarda çalışabilir . Gerilim ne kadar düşük olursa, motorun üretebileceği maksimum tork o kadar düşük olur. Frekansı yükseltip daha yüksek bir hızda çalıştırmayı denemek için, motorun bu hızdaki ve durma sırasındaki sürtünmeyi aşacak kadar torku olmazdı.

Bir BLDC makine için iki anahtar sabiti vardır

$K_t$

$K_e$$\omega$

$K_t \equiv K_e$$K_e$$K_t$$K_t$

Bunun quadrotors & için BLDC motorları ile ne ilgisi var?$K_v$

$K_v$$K_e$

Quadrotors ve bu tip RC cihazları genellikle besleme voltajı sınırlı olduğundan, bu rpm sabiti, belirli bir batarya için elde edilebilecek (yüksüz) rotor hızını söyleyecektir. Aynı şekilde, bu sabitler arasındaki ilişkiden dolayı üretilebilecek torku tahmin edebilirsiniz.

Bir ESC'nin rolü, stator akışını, rotor akışına göre 90 derece tutmaktır. Bu, hall elemanı gibi konum sensörü kullanılarak veya geri EMF algılama - sensörsüz kontrol kullanılarak yapılır.
Ayrıca ESC, aynı anda sadece iki bobinin bağlandığı FOC (Alan Odaklı Kontrol) veya kare voltaj olarak adlandırılan üç faz çıkış sinüs dalgası çıkışı verebilir, üçüncüsü yüzer halde kalır.
Durum bu değil, rotor stator alanını takip ediyor, tam tersi - rotor pozisyonunu takip eden stator. FOC ile, vektör stator voltajının amplidüdü, rotor pozisyonuna göre sabittir ve döner. Motorun dönmesi için voltajın EMF tarafından üretilen voltajdan daha yüksek olması gerekir. Kv faktörünün rol oynadığı yer burasıdır.

Neden bu bağlamda alıntı yapıldığından emin değilsiniz.

V / krpm olmalıdır. veya volt / 1000 devir / dakika. V / k kısa elini anlayabiliyorum ama kv kilo volt.
Belki de motordaki bacaklar veya bir bacak ve nötr arasındaki volt belirsiz olabilir, ancak kongre motor uçlarının 2 bacağı arasındadır. Sanırım nötr bir tel yoksa daha kolay olur.