Akım ve gerilim, fırçasız motorun torku ve hızı ile nasıl ilişkilidir?

Elektrikli araçların akü ve motora bağlı olarak farklı performansları olduğunu biliyorum, ancak elektriksel ve mekanik ünitelerin ne kadar ilişkili olduğu belli değil.

Biri lütfen yardım edebilir mi?

100V'luk bir motor, 50V'lık bir motordan daha iyi eğimlere karşı mı yükseltir?

Bir motorun elektriksel özellikleri ile mekanik performansı arasındaki ilişki bu şekilde hesaplanabilir (not: bu ideal bir fırçalı DC motorun analizidir, ancak bazıları hala ideal olmayan bir fırçasız DC motor için de geçerli olmalıdır).

Bir DC motoru, bir direnç ve bir voltaj geri emf kaynağı olan bir devre olarak yaklaştırılabilir. Direnç, motor sargılarının gerçek direncini modellemektedir. Back-emf, hareketli elektrik akımı tarafından manyetik alanda üretilen gerilimi modeller (temel olarak bir DC elektrik motoru, bir jeneratör olarak çalışabilir). Seri olarak bir indüktör ekleyerek motorun doğal endüktansını modellemek de mümkündür, ancak bunun çoğu için bunu görmezden geldim ve motorun elektriksel olarak yarı kararlı durumda olduğunu veya motorun zaman tepkisinin zaman tepkisine hükmedildiğini kabul ediyorum. Elektrik sistemlerinin zaman cevabını yerine mekanik sistemler. Bu genellikle doğrudur, ancak mutlaka her zaman doğru değildir.

Jeneratör, motor hızıyla orantılı bir geri EMF üretir:

$$V_{emf} = k_i * \omega$$

Nerede:

ω = rad / s cinsinden

$$k_i = \text{a constant.}$$ $$\omega = \text{the motor speed in}\ \text{rad}/\text{s}$$

İdeal olarak durma hızında geri emf yoktur ve yüksüz hızda geri emf sürüş kaynağı voltajına eşittir.

Daha sonra motordan geçen akım hesaplanabilir:

V G = kaynak gerilimi R =

$$I = (V_S - V_{emf}) / R = (V_S - k_i * \omega) / R$$ $$V_S = \text{source voltage}$$ $$R = \text{motor electrical resistance}$$

Şimdi motorun mekanik tarafını düşünelim. Motor tarafından üretilen tork, motor boyunca akan akım miktarıyla orantılıdır:

$$\tau = k_t * I$$

τ =

$$k_t = \text{a constant}$$ $$\tau = \text{torque}$$

Yukarıdaki elektrikli modeli kullanarak, durma hızında motorun içinden geçen maksimum akıma ve dolayısıyla maksimum tork değerine sahip olduğunu doğrulayabilirsiniz. Ayrıca, yüksüz hızda motorun torku yoktur ve içinden akan akım yoktur.

Motor en çok gücü ne zaman üretir? Eh, güç iki yoldan biriyle hesaplanabilir:

$$P_e = V_S * I$$

$$P_m = \tau * \omega$$

Bunları çizerseniz, ideal bir DC motor için maksimum gücün yüksüz hızda geldiğini göreceksiniz.

Öyleyse her şey düşünüldüğünde, motor voltajı nasıl yükseliyor?

Aynı motor için, ideal olarak voltajı iki katına çıkarırsanız, yüksüz hızı iki katına çıkarır, torku iki katına çıkarır ve gücü dört katına çıkarırsınız. Elbette DC motorun yanmadığı, bu basit ideal motor modelini ihlal eden bir duruma ulaşmadığı varsayılmaktadır.

Bununla birlikte, farklı motorlar arasında iki motorun sadece voltaj oranına göre birbirleriyle karşılaştırıldığında nasıl performans göstereceğini söylemek mümkün değildir. Peki iki farklı motoru karşılaştırmak için neye ihtiyacınız var?

$k_i = k_t$$P_e = P_m$

$\text{rad}/\text{s}$Hz$\text{rev}/\text{s}$$2\pi$

4 yıl boyunca elektrikli araçları kullanıp çalıştıktan sonra, “dereceliğin” (belirli bir eğimi yükseltebilme kabiliyeti) motor torkuna bağlı olduğunu ve torkun akıma bağlı olduğunu anladım.

Voltaj, motorun ne kadar hızlı çalışabileceğini "düzenler" dir: motorun ulaşabileceği maksimum hız, motorun aküden aldığı gerilime eşit olan ("sayaç elektromotor kuvveti" olarak adlandırılır) voltaj üretme hızıdır (dikkate almama basitlik için güç kayıpları ve sürtünmeler).

Bir voltaj uygulandığında bir motorun ne kadar akım tahammül edebileceği, bobin tellerinin ne kadar kalın olduğuna (daha kalın = daha yüksek akım = daha yüksek tork) bağlıdır; erimek, eritmek).

1000W'lık bir motor düşünüldüğünde:

• 100V / 10A sunarak yüksek hıza erişebileceksiniz ancak fazla eğim elde edemezsiniz.

• 10V / 100A sağlayarak çok yavaş hareket edersiniz, ancak motorun 100A'yı tolere edebileceğini düşünerek yüksek dereceli eğimlerde tırmanabilirsiniz.

Bir motorun tolere edebileceği maksimum akıma "nominal akım" adı verilir; bu, motorun "duraklama akımı" ndan çok daha düşüktür, yani voltaj uygulandığında ve motor durdurulduğunda motor kablolarında akan akım. Motor, yakında kabloları eritecek olan kendi durak akımına dayanamaz. Elektronik cihazların maksimum akımı, anma akım değerine sınırlandırmasının nedeni budur.

Herhangi bir motorda, temel prensip çok basittir:

• dönme hızı uygulanan voltajla orantılıdır
• tork çekilen akımla orantılı

100 voltluk bir motor, maksimum 100 voltluk bir motor ve 50 voltluk bir motor ise maksimum 50 voltluk bir motordur. 100 voltluk motor daha fazla volt alabildiğinden, eğer diğerleri eşitse, size daha yüksek bir maksimum hız verebilir.

Ancak voltajdaki fark torku etkilemez. Bir tepeye çıkmak için daha fazla tork elde etmek için, motorunuza daha fazla akım vermeniz gerekir. Daha fazla akım alabilen bir motor (ve daha fazla akım sağlayabilen bir akü ve motor kontrol cihazı), size tepeye çıkmanıza yardımcı olacak daha fazla tork verecektir.

Electric motors can be designed over a fairly wide range of voltage and current for the same speed and torque out. Just comparing the intended operating voltage of two motors doesn't tell you much about what those motors can ultimately do. Motors designed for high power do tend to work at higher voltages, but that is mostly so that the current can be within a reasonable limit.

To compare two motors for a particular job, you have to look at the output parameters. These will be the torque, speed range, and power.

The mechanical performance of a motor will of course depend mainly on it's physical build, not necessarily its nominal voltage. High power motors will operate on higher voltages, but that does not tell you much.

I won't elaborate on the specifics, but there is a good rule of thumb to use when you want to estimate the parameters of a motor by look. A long motor will achieve higher rpms, and a wide motor will be able to deliver more torque. You can perhaps imagine how this works - a wide motor will have a wide rotor, so the forces of the magnetic fields inside will create a larger torque.

So, if you have two motors of identical length, but one of them is wider, you can expect the wider one to be able to generate higher torque.

In very basic terms (helloworld's answer has the science bit covered):

Power is voltage * current (P=IV). For a given power, say 1000 watts / 1 kW, you can design a 10 V motor that uses 100 A or a 100 V motor that uses 10 A for the same nominal power:

10 V * 100 A = 1000 watts
100 V * 10 A = 1000 watts

Your next consideration is how the various efficiencies stack up - for each part of the power train there will be some optimum way of building each part that gives best efficiency for the price. For example, if you went for the 10 V option you need a lot of big heavy wires (or bus bars) to handle 100 A, whereas 10 A will flow happily down quite skinny little wires.

However, maybe it's harder to build a control unit / charger that works at 100 V than at 10 V (it's certainly safer for the average user if there's no high voltages kicking around for them to stick their fingers in).

So, there's a juggling act to be done to work out how the system stacks up - for each watt of power you put in, how much useful energy can you get out the other end?

It's a bit like the difference between a big lazy V8 and a screaming turbo motor, both can make the same power, but each is a very different answer to the problem.

Voltage and current are the essential components of power a.k.a. the ability to perform work. To do work by means of spinning machinery requires a rotary-acting force - a torque. The rate at which the work proceeds (introduce time) and the measurement becomes of power. More power - increase either current or voltage or both.

All you have to think about is the power rating and nominal voltage. If the voltage you apply is high (must be within the voltage range) then it can take less current and less torque which indeed can be found out from the speed-torque curve for a fixed voltage.

Voltage is proportional to speed, and torque is proportional to the current. The maximum current it could take is rated current and the corresponding torque can be found out from speed torque curve (as you know the speed from voltage (rpm=k*v)) where k is the speed constant of the motor).