Wie hängen Strom und Spannung von Drehmoment und Drehzahl eines bürstenlosen Motors ab?

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Ich weiß, dass Elektrofahrzeuge je nach Batterie und Motor unterschiedliche Leistungen haben, aber es ist nicht klar, in welcher Beziehung elektrische und mechanische Einheiten zueinander stehen.

Kann jemand bitte helfen?

Erhöht sich ein 100-V-Motor besser gegen Steigungen als ein 50-V-Motor?

— Jumpjack
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Möglicherweise, aber es ist unmöglich zu sagen, ohne zu wissen, welcher Strom geliefert werden kann oder wie effizient die zulässige Belastung (thermische Belastung, Magnetbeschädigung bei einer PM-Konstruktion usw.) für die Dauer des Aufstiegs auf den Hügel oder sogar der Verzahnung ist . Beachten Sie, dass ein elektrischer Radierer mit 120 V beim Bohren von Löchern wahrscheinlich schlechter ist als ein kabelloser Bohrer mit 12 V.

— Chris Stratton

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Die Beziehung zwischen den elektrischen Eigenschaften eines Motors und der mechanischen Leistung kann als solche berechnet werden (Anmerkung: Dies ist die Analyse für einen idealen bürstenlosen Gleichstrommotor, einige davon sollten jedoch weiterhin für einen nicht idealen bürstenlosen Gleichstrommotor gelten).

Ein Gleichstrommotor kann als Stromkreis mit einem Widerstand und einer Spannungs-Gegen-EMK-Quelle angenähert werden. Der Widerstand modelliert den Eigenwiderstand der Motorwicklungen. Die Gegen-EMK modelliert die Spannung, die durch den sich bewegenden elektrischen Strom im Magnetfeld erzeugt wird (im Grunde kann ein Gleichstrommotor als Generator fungieren). Es ist auch möglich, die inhärente Induktivität des Motors durch Hinzufügen einer Induktivität in Reihe zu modellieren. Ich habe dies jedoch größtenteils ignoriert und angenommen, dass der Motor sich elektrisch im quasi stationären Zustand befindet oder dass das Zeitverhalten des Motors vom Zeitverhalten dominiert wird der mechanischen Systeme anstelle des Zeitverhaltens der elektrischen Systeme. Dies ist normalerweise der Fall, muss aber nicht immer der Fall sein.

Der Generator erzeugt eine Gegen-EMK proportional zur Motordrehzahl:

V_{e m f} = k_{i} * ω

$V_{emf} = k_i * \omega$

Woher:

k_{i} = a constant.

$k_i = \text{a constant.}$

ω = the motor speed in rad / s

$\omega = \text{the motor speed in}\ \text{rad}/\text{s}$

Idealerweise gibt es bei Stillstandsgeschwindigkeit keine Gegen-EMK, und bei Leerlaufgeschwindigkeit ist die Gegen-EMK gleich der Antriebsquellenspannung.

Der durch den Motor fließende Strom kann dann berechnet werden:

I = (V_{S} - V_{e m f}) / R = (V_{S} - k_{i} * ω) / R

$I = (V_S - V_{emf}) / R = (V_S - k_i * \omega) / R$

V_{S} = source voltage

$V_S = \text{source voltage}$

R = motor electrical resistance

$R = \text{motor electrical resistance}$

Betrachten wir nun die mechanische Seite des Motors. Das vom Motor erzeugte Drehmoment ist proportional zur durch den Motor fließenden Strommenge:

τ = k_{t} * ich

$\tau = k_t * I$

k_{t} = a constant

$k_t = \text{a constant}$

τ = torque

$\tau = \text{torque}$

Anhand des obigen elektrischen Modells können Sie überprüfen, ob der Motor bei Stillstandsdrehzahl den maximalen Strom und damit das maximale Drehmoment durchfließt. Auch bei Leerlaufdrehzahl hat der Motor kein Drehmoment und es fließt kein Strom durch ihn.

Wann produziert der Motor die meiste Leistung? Die Leistung kann auf zwei Arten berechnet werden:

Elektrische Leistung:

P_{e} = V_{S} * I

$P_e = V_S * I$

Mechanische Leistung:

P_{m} = τ * ω

$P_m = \tau * \omega$

Wenn Sie diese zeichnen, werden Sie feststellen, dass für einen idealen Gleichstrommotor die maximale Leistung bei der halben Leerlaufdrehzahl liegt.

Alles in allem, wie erhöht sich die Motorspannung?

Wenn Sie für denselben Motor die doppelte Spannung anlegen, verdoppeln Sie im Idealfall die Leerlaufdrehzahl, das doppelte Drehmoment und die vierfache Leistung. Dies setzt natürlich voraus, dass der Gleichstrommotor nicht verbrennt, einen Zustand erreicht, der gegen dieses vereinfachte ideale Motormodell verstößt usw.

Zwischen verschiedenen Motoren ist es jedoch unmöglich zu sagen, wie zwei Motoren im Vergleich zueinander nur anhand der Nennspannung arbeiten. Was brauchen Sie also, um zwei verschiedene Motoren zu vergleichen?

$k_i = k_t$ $P_e = P_m$

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

— helloworld922
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Für viele von uns Nichtfachleuten wäre es nicht nötig, wenn wir automatisch verstehen würden, wofür jedes der Symbole in der Formel steht. Vielleicht könnten Sie Ihre Antwort mit ein bisschen "where τ = fill_in_the_blank" und "where ω = fill_in_the_blank" verbessern?

— Mickeyf_supports_Monica

Kurz gesagt ist V proportional zu ... V :-) und ich ist proportional zum Drehmoment.

— Jumpjack

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Ich denke auch, dass ein Motor mit höherer Spannung "besser" ist, da er geringere Ströme und damit einen geringeren Energieverlust aufgrund des Joule-Effekts aufweist.

— Jumpjack

Das Definieren der Konstanten in der Antwort wäre nützlich. Ein IST-Beispiel der Berechnungen zu zeigen, wäre SEHR nützlich.

— Zeffur

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Nach 4 Jahren mit und Studium von Elektrofahrzeugen stellte ich fest, dass die "Steigfähigkeit" (Fähigkeit, eine Steigung einer bestimmten Steigung anzuheben) vom Motordrehmoment abhängt und das Drehmoment vom Strom abhängt.

Die Spannung "regelt" stattdessen, wie schnell ein Motor laufen kann: Die maximale Geschwindigkeit, die ein Motor erreichen kann, ist die Geschwindigkeit, mit der der Motor eine Spannung (als "Gegenelektromotorische Kraft" bezeichnet) erzeugt, die der Spannung entspricht, die er von der Batterie empfängt (außer Acht lässt) Leistungsverluste und Reibungen der Einfachheit halber).

Wie viel Strom ein Motor tolerieren kann, wenn eine Spannung angelegt wird, hängt davon ab, wie dick die Spulendrähte sind (dicker = höherer Strom = höheres Drehmoment), bedingt durch den Innenwiderstand der Spulen (je höher der Widerstand, desto höher die erzeugte Wärme, bis zu Drähten Schmelze).

Betrachtet man einen 1000W Motor:

Wenn Sie 100 V / 10 A bereitstellen, können Sie hohe Geschwindigkeiten erreichen, aber Sie können nicht viel Gefälle anheben.
Wenn Sie 10 V / 100 A bereitstellen, bewegen Sie sich sehr langsam, können jedoch auch Steigungen mit hohem Gefälle überwinden (vorausgesetzt, der Motor kann 100 A aushalten).

Der maximale Strom, den ein Motor tolerieren kann, wird als "Nennstrom" bezeichnet, der viel niedriger ist als der "Blockierstrom" des Motors, dh der Strom, der in den Motorkabeln fließt, wenn Spannung anliegt und der Motor angehalten wird. Der Motor KANN KEINEN eigenen Blockierstrom tolerieren, der bald Drähte zum Schmelzen bringt. Deshalb begrenzt die Elektronik den Maximalstrom auf den Nennstrom.

— Jumpjack
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+1 für die tatsächliche Beantwortung der Frage von OP, anstatt effektiv "es hängt davon ab" zu beantworten.

— U007D

Details über die Beziehung zwischen Spannung und Höchstgeschwindigkeit

— hinzugefügt

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Bei jedem Motor ist das Grundprinzip sehr einfach:

Die Drehzahl ist proportional zur angelegten Spannung
Das Drehmoment ist proportional zum gezogenen Strom

Ein 100-Volt-Motor ist ein Motor, der maximal 100 Volt und ein 50-Volt-Motor maximal 50 Volt aufnehmen kann. Da der 100-Volt-Motor mehr Volt aufnehmen kann, kann er, wenn alles andere gleich ist, eine höhere Höchstgeschwindigkeit liefern.

Der Spannungsunterschied hat jedoch keinen Einfluss auf das Drehmoment. Um ein höheres Drehmoment zu erzielen, müssen Sie Ihren Motor mit mehr Strom versorgen. Ein Motor, der mehr Strom aufnehmen kann (und eine Batterie und eine Motorsteuerung, die mehr Strom liefern können), geben Ihnen mehr Drehmoment, um Sie bergauf zu unterstützen.

— Daanii
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Sie fangen richtig an, kommen aber zu einer falschen Schlussfolgerung, wenn Sie nicht nur das magnetische Design berücksichtigen, sondern auch unterschiedliche Drahtgrößen und Windungszahlen, die auf die ansonsten gleiche Motorstruktur gewickelt sind.

— Chris Stratton

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Zur Verdeutlichung: Wenn Sie zwei ansonsten identische Motoren haben, von denen einer doppelt so viele Windungen aufweist wie der andere, verbraucht der Motor mit niedriger Windungszahl bei 50 V die gleiche Leistung wie der Motor mit doppelter Windungszahl Beide drehen sich mit der gleichen Geschwindigkeit, und der 50-V-Motor zieht den doppelten Strom wie der 100-V-Motor.

— JMS

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Das Design des Motors beeinflusst zweifellos seine Drehmomentkonstante und seine Geschwindigkeitskonstante. Dies ändert jedoch nichts an der Tatsache, dass die Drehzahl proportional zur Spannung und das Drehmoment proportional zum Strom ist. Das sind wichtige Fakten, die viele Menschen nicht zu verstehen scheinen.

— Daanii

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Elektromotoren können über einen ziemlich weiten Spannungs- und Strombereich für die gleiche Drehzahl und das gleiche Drehmoment ausgelegt werden. Allein der Vergleich der beabsichtigten Betriebsspannung zweier Motoren sagt nicht viel darüber aus, was diese Motoren letztendlich leisten können. Motoren, die für hohe Leistungen ausgelegt sind, neigen dazu, bei höheren Spannungen zu arbeiten, aber dies ist meistens so, dass der Strom innerhalb eines vernünftigen Bereichs liegen kann.

Um zwei Motoren für einen bestimmten Auftrag zu vergleichen, müssen Sie die Ausgangsparameter betrachten. Dies sind das Drehmoment, der Drehzahlbereich und die Leistung.

— Olin Lathrop
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Würden Sie ein Beispiel dafür geben, wie das berechnet wird? :) Zum Beispiel: Angenommen , ich einen flachen Rost 6" mit einer 30 lb Last auf dem Bildschirm schütteln wollte durch kleinere Bits zu sichten Wie würde man gehen über die Berechnung , was Größe Motor benötigt würde , das zu tun.?

— zeffur

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Die mechanische Leistung eines Motors hängt natürlich hauptsächlich von seiner physischen Beschaffenheit ab, nicht unbedingt von seiner Nennspannung. Hochleistungsmotoren werden mit höheren Spannungen betrieben, aber das sagt nicht viel aus.

Ich werde nicht näher auf die Einzelheiten eingehen, aber es gibt eine gute Faustregel, die Sie anwenden sollten, wenn Sie die Parameter eines Motors anhand der Ergebnisse abschätzen möchten. Ein langer Motor erreicht höhere Drehzahlen und ein breiter Motor kann mehr Drehmoment liefern. Sie können sich vielleicht vorstellen, wie dies funktioniert - ein breiter Motor hat einen breiten Rotor, sodass die Kräfte der Magnetfelder im Inneren ein größeres Drehmoment erzeugen.

Wenn Sie also zwei Motoren mit identischer Länge haben, von denen einer breiter ist, können Sie davon ausgehen, dass der breitere ein höheres Drehmoment erzeugt.

— Jonny B Gut
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In sehr einfachen Worten (die Antwort von helloworld hat den wissenschaftlichen Aspekt abgedeckt):

Leistung ist Spannung * Strom (P = IV). Für eine bestimmte Leistung, z. B. 1000 Watt / 1 kW, können Sie einen 10-V-Motor mit 100 A oder einen 100-V-Motor mit 10 A bei gleicher Nennleistung entwerfen :

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

Bei Ihrer nächsten Überlegung geht es darum, wie sich die verschiedenen Wirkungsgrade zusammenfügen. Für jeden Teil des Antriebsstrangs gibt es eine optimale Methode, um jedes Teil so zu bauen, dass die beste Effizienz für den Preis erzielt wird. Wenn Sie sich beispielsweise für die 10-V-Option entschieden haben, benötigen Sie viele große, schwere Drähte (oder Stromschienen), um 100 A zu handhaben, wohingegen 10 A über ziemlich dünne, kleine Drähte fließen.

Es ist jedoch möglicherweise schwieriger, eine Steuereinheit / ein Ladegerät zu bauen, die / das bei 100 V arbeitet, als bei 10 V (für den Durchschnittsbenutzer ist es sicherlich sicherer, wenn keine hohen Spannungen auftreten, in die er die Finger stecken kann).

Es muss also eine Jonglieraktion durchgeführt werden, um herauszufinden, wie sich das System aufbaut - wie viel nützliche Energie können Sie für jedes Watt Energie, das Sie in das System stecken, am anderen Ende herausholen?

Es ist ein bisschen wie der Unterschied zwischen einem großen faulen V8 und einem kreischenden Turbomotor , beide können die gleiche Leistung bringen, aber jeder ist eine sehr unterschiedliche Antwort auf das Problem.

— John U.
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Spannung und Strom sind die wesentlichen Komponenten der Leistung, auch bekannt als Arbeitsfähigkeit . Um mit Spinnereimaschinen arbeiten zu können, ist eine Drehkraft erforderlich - ein Drehmoment . Die Geschwindigkeit, mit der die Arbeit fortschreitet (Einführungszeit) und die Messung an Leistung gewinnt. Mehr Leistung - entweder Strom oder Spannung oder beides erhöhen.

— Ken Green
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Alles, woran Sie denken müssen, sind die Nennleistung und die Nennspannung. Wenn die von Ihnen angelegte Spannung hoch ist (muss innerhalb des Spannungsbereichs liegen), kann sie weniger Strom und Drehmoment aufnehmen, was sich in der Tat aus der Drehzahl-Drehmoment-Kurve für eine feste Spannung ergibt.

Die Spannung ist proportional zur Drehzahl und das Drehmoment ist proportional zum Strom. Der maximale Strom, den es aufnehmen kann, ist der Nennstrom, und das entsprechende Drehmoment kann aus der Drehzahl-Drehmomentkurve (wie Sie die Drehzahl aus der Spannung kennen (U / min = k * v)) ermittelt werden, wobei k die Drehzahlkonstante des Motors ist.

— Prabhu Yadav
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-1 für schlampige Zeichensetzung und Großschreibung.

— Transistor

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— U007D

Aus solchen Gründen sollte es niemandem gestattet sein, "abzustimmen". Nicht gewählt zu werden, ist schon "Strafe genug!"

— Guill