Sabit mıknatıslı bir FA-130 motorum (DC) var, güç kaynağım 2 adet AA pil (şarj edilebilir) yani toplam 2,4V.

Tüm durumların aynı şartnameden başlayacağını varsayalım, teorik olarak, aşağıdakileri yaparsam ne olur?

Durum 1 : Kalıcı mıknatısların gücünü arttırın / azaltın. Tork ve RPM'ye ne olur? Niye ya?

Durum 2 : Mıknatıs tellerinin boyutunu artırın / azaltın. Tork, güç tüketimi ve RPM'ye ne olur? Niye ya?

Durum 3 : Armatür boyutunu artırın / azaltın. Tork, güç tüketimi ve RPM'ye ne olur? Niye ya?

Durum 4 : Dönüş sayısını artırın / azaltın (rulo). Tork, güç tüketimi ve RPM'ye ne olur? Niye ya?

Genel olarak, bu motorun torkunu ve devir sayısını sabit bir voltajla nasıl arttırabilirim?

Lütfen, 6 yaşındaki bir çocukla konuşuyormuşsunuz gibi açıklayın, bu alanda bilgili değilim ama kavramı bilmek istiyorum.

Bu 6 yaşındaki çocuğun fizikle ilgili en az bir temeli olduğunu varsayalım. Her sonucun neden arkasındaki fiziği açıklamak için çok fazla matematikle ortaya çıkacağını yanıtlayarak başlayacağım. Daha sonra her bir vakaya, her sonucun arkasındaki mantığı sağlayan matematikle ayrı ayrı cevap vereceğim. "Genel" sorunuzu cevaplayarak tamamlayacağım.

---

Niye ya?

Tüm "Neden?" soru şudur: Fizik! Özellikle Lorentz yasası ve Faraday yasası . Gönderen burada :

---

Motorun torku aşağıdaki denklem ile belirlenir:

$$\tau = K_t \cdot I~~~~~~~~~~(N \cdot m)$$

Nerede:

K t = tork sabiti I = $\tau = \text{torque}$
$K_t = \text{torque constant}$
$I = \text{motor current}$

Tork sabiti, , gibi manyetik güç, tel dönüş sayısı, armatür uzunluğu vb. Gibi çeşitli parametrelere dayanarak spesifik motoru tanımlayan ana motor parametrelerinden biridir. Değeri amper başına tork cinsinden verilir ve şöyle hesaplanır:$K_t$

$$K_t = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(N \cdot m / A)$$

Nerede:

, N = manyetik alan içinde tel döngü sayısı l = $B = \text{strength of magnetic field in Teslas}$
$N = \text{number of loops of wire in the magnetic field}$
$l = \text{length of magnetic field acting on wire}$
$r = \text{radius of motor armature}$

---

Back-EMF voltajı şu şekilde belirlenir:

$$V = K_e \cdot \omega~~~~~~~~~~(volts)$$

Nerede:

$V = \text{Back-EMF voltage}$
ω = $K_e = \text{voltage constant}$
$\omega = \text{angular velocity}$

Açısal hız, motorun RPM'den dönüştürülebilen saniye başına radyan (rad / sn) cinsinden hızıdır:

$$\text{rad/sec} = \text{RPM}\times\dfrac{\pi}{30}$$

K e K $K_e$ ikinci ana motor parametresidir. Tuhaftır, aynı formül kullanılarak hesaplanır ancak farklı birimlerde verilir:$K_e$$K_t$

$$K_e = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(volts/rad/sec)$$

---

Neden ? Enerjinin korunumu fiziksel yasaları nedeniyle . Temel olarak motora verilen elektrik gücünün motordan çıkan mekanik gücü eşitlemesi gerektiğini belirtir. % 100 verim varsayımı:$K_e = K_t$

V ⋅ I = τ ⋅ $P_{in} = P_{out}$
$V \cdot I = \tau \cdot \omega$

Denklemleri yukarıdan değiştirerek alıyoruz:

$(K_e \cdot \omega) \cdot I = (K_t \cdot I) \cdot \omega$
$K_e = K_t$

---

Kılıflar

Her parametrenin izolasyonda değiştirildiğini varsayacağım.

---

$K_t$$\tau$

$K_e$$K_e$

$$\omega = \dfrac{V}{K_e}$$

Böylece, manyetik alan arttıkça, hız düşecektir. Bu yine bir anlam ifade ediyor çünkü manyetik alan ne kadar güçlüyse, armatürdeki "itme" o kadar güçlüdür, böylece hızdaki değişime karşı koyacaktır.

Güç çıkışı, tork süreleri açısal hıza eşit olduğu ve güç girişi (% 100 verimlilik varsayılarak) yine eşittir.

$$P_{in} = \tau \cdot \omega$$

Bu nedenle, tork veya hızdaki herhangi bir değişiklik, motoru çalıştırmak için gereken güçle doğru orantılı olacaktır.

---

2. Durum: (Burada biraz daha fazla matematik açıkça ifade etmedim.) Lorentz yasasına geri döndüğümüzde şunu görüyoruz:

$$\tau = 2 \cdot F \cdot r = 2 (I \cdot B \cdot N \cdot l) r$$

Bu nedenle:

$$F = I \cdot B \cdot N \cdot l$$

Newton sayesinde bizde:

$$F = m \cdot g$$

Yani...

$$\tau = 2 \cdot m \cdot g \cdot r$$

Kablonun uzunluğunu aynı tutarsanız ancak ölçeri yükseltirseniz, kütle artar. Yukarıda da görüleceği gibi, kütle manyetik alan kuvveti gibi torkla doğru orantılıdır, dolayısıyla aynı sonuç uygulanır.

---

$r$

Burada bir kalıp görmeye mi başladınız?

---

$N$

---

Genel olarak

Şimdilik açık değilse, tork ve hız ters orantılıdır :

Motora güç girişi (voltaj ve akım) ve motordan güç çıkışı (tork ve hız) açısından yapılacak bir takas vardır:

$$V \cdot I = \tau \cdot \omega$$

Gerilimi sabit tutmak istiyorsanız, sadece akımı artırabilirsiniz. Artan akım yalnızca torku artıracaktır (ve sisteme sağlanan toplam güç):

$$\tau = K_t \cdot I$$

Hızı artırmak için voltajı artırmanız gerekir:

$$\omega = \dfrac{V}{K_e}$$

Giriş gücünü sabit tutmak istiyorsanız, motor sabitlerini değiştirmek için fiziksel motor parametrelerinden birini değiştirmeniz gerekir.

$P$$I$$E$

$P = IE$

Güç, watt cinsinden ölçülür ve enerji kullanım oranıdır. Enerji joule cinsinden ölçülür ve bir watt convienently saniyede bir joule olarak tanımlanır.

$F$$d$

$W = Fd$

Sen artırma konusunda sorulan tork ve RPM . Tork sadece dönen bir kuvvettir ve RPM sadece dönen bir hızdır. Yani işin tanımı, istediğinin yarısıdır (içinde tork vardır) ve hız ve mesafe açık bir şekilde ilişkilidir. Gerçekten yakınız gibi görünüyor. Motorunuzla daha fazla iş yapmak istemezsiniz, daha hızlı çalışmak istersiniz . Gücü ve mesafeyi değil, gücü ve hızı artırmak istiyorsunuz. Mekanik bir sistemde bunun için fiziksel bir terim var mı?

Evet! Aynı zamanda güç denir . Mekanik bir sistemde, güç kuvvet ve hızın ürünüdür:

$P = Fv$

Veya bir dönme sistemi için eşdeğer terimleri kullanmak için, güç tork ve açısal hızın ürünüdür :

$P = \tau \omega$

Bu tam istediğin şeydi. Motorun daha fazla tork uygulamasını ve daha hızlı dönmesini istiyorsunuz. Gücü artırmak istiyorsun. Enerjiyi daha hızlı kullanmak istiyorsun.

Enerjinin korunumu yasası bize mekanik gücü artırmak istiyorsak, elektrik gücünü de arttırmamız gerektiğini söyler. Ne de olsa, motorun büyü ile dönmesini sağlayamayız. Eğer elektrik gücü gerilim ve akımın ürünüyse, diğeri sabit tutulursa gerilim veya akımı artırmak elektrik gücünü artıracaktır.

Mıknatısların gücünü değiştirdiğinizde veya kablo dönüşleri eklediğinizde veya çıkardığınızda, gücü artıramazsınız. Sen olabilir , ancak, sadece mekanik bir şanzıman gibi akım veya gerilim için akım için ticaret gerilim, RPM ve tork ticaret yapabilirsiniz. Lenz yasası ve diğer elektromanyetik indüksiyon yasaları bunun neden doğru olduğunu açıklar, ancak enerjinin korunumu yasasını kabul ediyorsanız, sorunuzu yanıtlamak için gerçekten gerekli değildir.

Tüm bunlar göz önüne alındığında, sorunuz "Bir DC motorun tork ve RPM'si nasıl geliştirilir?" Daha fazla enerji vererek onu iyileştirebilir veya daha verimli hale getirebilirsiniz. Bazı kayıp kaynakları:

• rulmanlardaki sürtünme
• sargılarda direnç
• sargı çekirdeklerinde manyetik direnç
• komütatörlerden elektromanyetik radyasyon
• kablolarda, aküde, transistörlerde ve motora elektrik enerjisi sağlayan diğer şeylerdeki kayıplar

Bütün bunlar motoru% 100 verimli bir elektriksel ve mekanik enerji dönüştürücüsünden daha az hale getirmeye yarar. Bunlardan herhangi birinin azaltılması, genellikle istenmeyen, sıklıkla maliyet veya boyutta olan bir şeyi artırır.

İlginç bir düşünce: Elektrikli hibrit otomobillerin şehir içinde daha iyi kilometre almasının nedeni budur. Kırmızı ışıkta durmak, hareket halindeki arabanızın tüm enerjisini fren balatalarında ısıya dönüştürür, bu kullanışlı değildir. Bir motor elektriksel ve mekanik enerji arasında bir dönüştürücü olduğundan, hibrit bir otomobil bu enerjiyi ısıya değil elektrik enerjisine dönüştürür, pilde saklar, sonra ışık yeşil olduğunda tekrar mekanik enerjiye dönüştürür. Daha fazla okumak için, bir DC motorun rejeneratif frenini nasıl uygulayabilirim?

$$\tau = 2.B.N.l.r.I$$

$$\omega = V/2.B.N.l.r.I$$

Tel ölçeri arttırırsanız, akımı (I) ve böylece torku arttırırsınız. Ayrıca dönüş sayısını azaltırsanız, torku azaltırsınız. İster toplam tork artışlar veya düşüşlerle, etkisi büyük olan bağlıdır.