Como a corrente e a tensão estão relacionadas ao torque e à velocidade de um motor sem escova?

Eu sei que os veículos elétricos têm desempenhos diferentes, dependendo da bateria e do motor, mas não está claro como as unidades elétricas e mecânicas estão relacionadas.

Alguém por favor pode ajudar?

Um motor de 100V se elevará contra declives melhor que um motor de 50V?

A relação entre as características elétricas de um motor e o desempenho mecânico pode ser calculada como tal (nota: esta é a análise para um motor DC escovado ideal, mas parte dele ainda deve se aplicar a um motor DC sem escovas não ideal).

Um motor CC pode ser aproximado como um circuito com um resistor e uma fonte de tensão de contraemf. O resistor modela a resistência intrínseca dos enrolamentos do motor. O back-emf modela a tensão gerada pela corrente elétrica em movimento no campo magnético (basicamente um motor elétrico CC pode funcionar como um gerador). Também é possível modelar a indutância inerente do motor adicionando um indutor em série; no entanto, na maioria das vezes eu ignorei isso e assumi que o motor está quase no estado estacionário eletricamente, ou a resposta de tempo do motor é dominada pela resposta de tempo. dos sistemas mecânicos em vez da resposta temporal dos sistemas elétricos. Isso geralmente é verdade, mas nem sempre necessariamente verdadeiro.

O gerador produz um EMF traseiro proporcional à velocidade do motor:

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

Onde:

ω = velocidade do motor em rad /

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

Idealmente, na velocidade de estol, não há fem de volta e, na velocidade sem carga, a fem de volta é igual à tensão da fonte de acionamento.

A corrente que flui através do motor pode então ser calculada:

V S = tensão de fonte R =

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

Agora vamos considerar o lado mecânico do motor. O torque gerado pelo motor é proporcional à quantidade de corrente que flui através do motor:

$$\tau = k_t * I$$

τ =

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

Usando o modelo elétrico acima, você pode verificar se, na velocidade de estol, o motor tem a corrente máxima fluindo através dele e, portanto, o torque máximo. Além disso, na velocidade sem carga, o motor não possui torque e nem corrente circula através dele.

Quando o motor produz mais energia? Bem, o poder pode ser calculado de duas maneiras:

Energia elétrica:

$$P_e = V_S * I$$

Potência mecânica:

$$P_m = \tau * \omega$$

Se você as plotar, descobrirá que, para um motor DC ideal, a potência máxima chega à metade da velocidade sem carga.

Então, considerando tudo, como a tensão do motor se empilha?

Para o mesmo motor, idealmente, se você aplicar o dobro da tensão, você dobrará a velocidade sem carga, dobrará o torque e quadruplicará a potência. Isso pressupõe, é claro, que o motor CC não queime, atinja um estado que viole esse modelo ideal simplista de motor etc.

No entanto, entre motores diferentes, é impossível dizer como o desempenho de dois motores se compara apenas com base na classificação de tensão. Então, o que você precisa para comparar dois motores diferentes?

Idealmente, você gostaria de saber a classificação de tensão e a corrente de estol para poder projetar seus eletrônicos adequadamente e saber a velocidade sem carga e o torque de estol para calcular o desempenho mecânico do seu motor. Você também pode querer ver a classificação atual do motor (alguns motores podem ser danificados se você parar por muito tempo!). Essa análise também negligencia um pouco o aspecto da eficiência do motor. Para um motor perfeitamente eficiente, , ou melhor, . Isso faria com que os cálculos de potência usando as duas equações fossem iguais (ou seja, energia elétrica é igual a potência mecânica). No entanto, motores reais não são perfeitamente eficientes. Alguns são próximos, outros não.P e = P $k_i = k_t$$P_e = P_m$

ps Nos meus cálculos, usei a velocidade do motor como . Isso pode ser convertido em ou dividindo por .rev / s 2 $\text{rad}/\text{s}$Hz$\text{rev}/\text{s}$$2\pi$

Após 4 anos usando e estudando veículos elétricos, descobri que a "gradabilidade" (capacidade de elevar uma inclinação de um grau específico) depende do torque do motor, e o torque depende da corrente.

A tensão "regula" a velocidade com que um motor pode funcionar: a velocidade máxima que um motor pode atingir é a velocidade na qual o motor gera uma tensão (denominada "força contra-eletromotriz") que é igual à tensão que recebe da bateria (desconsiderando perdas de energia e atritos por simplicidade).

A quantidade de corrente que um motor pode tolerar quando uma tensão é aplicada depende da espessura dos fios das bobinas (espessura = corrente mais alta = torque maior), devido à resistência interna das bobinas (quanto maior a resistência, maior o calor produzido, até os fios fundição).

Considerando um motor de 1000W:

• fornecendo 100V / 10A, você poderá atingir alta velocidade, mas não poderá subir muita inclinação.

• fornecendo 10V / 100A, você se moverá muito lentamente, mas poderá subir ladeiras de alta qualidade (assumindo que o motor possa tolerar 100A).

A corrente máxima que um motor pode tolerar é denominada "corrente nominal", que é bem menor que a "corrente de parada" do motor, ou seja, a corrente que flui nos fios do motor quando a tensão é aplicada e o motor é mantido parado. O motor NÃO PODE tolerar sua própria corrente de estol, que logo derreterá os fios. É por isso que a eletrônica limita a corrente máxima ao valor da corrente nominal.

Em qualquer motor, o princípio básico é muito simples:

• velocidade de rotação é proporcional à tensão aplicada
• torque é proporcional à corrente puxada

Um motor de 100 volts é um motor que pode suportar no máximo 100 volts e um motor de 50 volts no máximo 50 volts. Como o motor de 100 volts pode suportar mais volts, se tudo o resto for igual, ele poderá fornecer uma velocidade máxima mais alta.

Mas a diferença de tensão não afeta o torque. Para obter mais torque para subir uma colina, você precisa fornecer mais corrente ao seu motor. Um motor que pode receber mais corrente (e um controlador de bateria e motor que pode fornecer mais corrente) fornecerão mais torque para ajudá-lo a subir a colina.

Os motores elétricos podem ser projetados em uma faixa bastante ampla de tensão e corrente para a mesma velocidade e torque. Apenas comparar a tensão operacional pretendida de dois motores não diz muito sobre o que esses motores podem fazer. Os motores projetados para alta potência tendem a funcionar com tensões mais altas, mas isso é principalmente para que a corrente possa estar dentro de um limite razoável.

Para comparar dois motores para um trabalho específico, é necessário observar os parâmetros de saída. Estes serão o torque, a faixa de velocidade e a potência.

Obviamente, o desempenho mecânico de um motor dependerá principalmente de sua construção física, não necessariamente de sua tensão nominal. Motores de alta potência operam em tensões mais altas, mas isso não diz muito.

Não vou detalhar os detalhes, mas há uma boa regra geral a ser usada quando você deseja estimar os parâmetros de um motor pela aparência. Um motor longo alcançará rotações mais altas e um motor largo será capaz de fornecer mais torque. Talvez você possa imaginar como isso funciona - um motor amplo terá um rotor amplo, de modo que as forças dos campos magnéticos internos criarão um torque maior.

Portanto, se você tem dois motores de comprimento idêntico, mas um deles é mais largo, pode esperar que o mais largo seja capaz de gerar um torque mais alto.

Em termos muito básicos (a resposta do helloworld cobre a parte científica):

Potência é tensão * corrente (P = IV). Para uma determinada potência, digamos 1000 watts / 1 kW, é possível projetar um motor de 10 V que use 100 A ou um motor de 100 V que use 10 A para a mesma potência nominal :

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

Sua próxima consideração é como as várias eficiências se comparam - para cada parte do trem de força, haverá uma maneira ideal de construir cada parte que ofereça a melhor eficiência pelo preço. Por exemplo, se você optou pela opção de 10 V, precisará de muitos fios pesados ​​(ou barramentos) para lidar com 100 A, enquanto 10 A fluirá alegremente por pequenos fios muito finos.

No entanto, talvez seja mais difícil construir uma unidade de controle / carregador que funcione a 100 V do que a 10 V (certamente é mais seguro para o usuário comum, se não houver altas tensões para ele enfiar os dedos).

Portanto, há um ato de malabarismo a ser feito para determinar como o sistema se comporta - para cada watt de energia que você consome, quanta energia útil você consegue obter do outro lado?

É um pouco como a diferença entre um grande V8 preguiçoso e um motor turbo gritante , ambos podem produzir a mesma potência, mas cada um é uma resposta muito diferente para o problema.

Tensão e corrente são os componentes essenciais do poder, também conhecidos como a capacidade de realizar trabalho . Para fazer o trabalho por meio de máquinas giratórias, é necessária uma força de ação rotativa - um torque . A taxa na qual o trabalho prossegue (introduz o tempo) e a medição se torna poderosa. Mais potência - aumente a corrente ou a tensão ou ambas.

Tudo o que você precisa pensar é na potência nominal e na tensão nominal. Se a voltagem aplicada for alta (deve estar dentro da faixa de voltagem), ela poderá receber menos corrente e menos torque, o que pode ser encontrado na curva de velocidade e torque para uma voltagem fixa.

A tensão é proporcional à velocidade e o torque é proporcional à corrente. A corrente máxima que ele pode suportar é a corrente nominal e o torque correspondente pode ser encontrado na curva de torque da velocidade (como você sabe a velocidade da tensão (rpm = k * v)) em que k é a constante de velocidade do motor).