กระแสและแรงดันเกี่ยวข้องกับแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์แบบไม่แปรงอย่างไร

ฉันรู้ว่ายานพาหนะไฟฟ้ามีสมรรถนะที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับแบตเตอรี่และมอเตอร์ แต่ก็ไม่ชัดเจนว่าหน่วยไฟฟ้าและเครื่องกลเกี่ยวข้องกันอย่างไร

ใครช่วยได้บ้าง

มอเตอร์ 100V จะเพิ่มขึ้นต่อลาดได้ดีกว่ามอเตอร์ 50V หรือไม่

ความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะทางไฟฟ้าของมอเตอร์กับประสิทธิภาพเชิงกลสามารถคำนวณได้เช่นนี้ (หมายเหตุ: นี่คือการวิเคราะห์สำหรับมอเตอร์กระแสตรงที่มีแปรงถ่านในอุดมคติ

มอเตอร์กระแสตรงสามารถประมาณได้ว่าเป็นวงจรที่มีตัวต้านทานและแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าด้านหลังแรงเคลื่อนไฟฟ้า ตัวต้านทานรุ่นความต้านทานภายในของขดลวดมอเตอร์ back-emf model แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก (โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้) นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะจำลองแบบการเหนี่ยวนำโดยธรรมชาติของมอเตอร์โดยการเพิ่มตัวเหนี่ยวนำในซีรีส์อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่ฉันไม่สนใจสิ่งนี้และสันนิษฐานว่ามอเตอร์อยู่ในสถานะคงที่กึ่งไฟฟ้าหรือการตอบสนองเวลาของมอเตอร์ถูกครอบงำด้วยการตอบสนองเวลา ของระบบกลไกแทนการตอบสนองเวลาของระบบไฟฟ้า สิ่งนี้มักเป็นจริง แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นจริงเสมอไป

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิต EMF กลับตามสัดส่วนกับความเร็วของมอเตอร์:

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

ที่ไหน:

ω = ความเร็วมอเตอร์เป็นrad /

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

ที่ความเร็วของคอกจะไม่มีแรงเคลื่อนกลับและไม่มีความเร็วในการโหลดแรงเคลื่อนไฟฟ้ากลับจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด

สามารถคำนวณกระแสที่ไหลผ่านมอเตอร์ได้:

V S = แรงดันไฟฟ้าแหล่งที่มาR =

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

ทีนี้ลองพิจารณาด้านกลไกของมอเตอร์ แรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์นั้นแปรผันตามปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมอเตอร์:

$$\tau = k_t * I$$

τ =

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

การใช้แบบจำลองไฟฟ้าด้านบนคุณสามารถตรวจสอบว่าที่ความเร็วคอกมอเตอร์จะมีกระแสสูงสุดไหลผ่านและทำให้เกิดแรงบิดสูงสุด มอเตอร์จะไม่มีแรงบิดและไม่มีกระแสไหลผ่าน

มอเตอร์ผลิตพลังงานได้มากที่สุดเมื่อใด สามารถคำนวณกำลังงานได้หนึ่งในสองวิธี:

พลังงานไฟฟ้า:

$$P_e = V_S * I$$

พลังงานกล:

$$P_m = \tau * \omega$$

หากคุณพล็อตสิ่งเหล่านี้คุณจะพบว่าสำหรับมอเตอร์กระแสตรงกำลังแรงสูงสุดมาที่ครึ่งความเร็วไม่โหลด

ดังนั้นทุกสิ่งที่ถูกพิจารณาแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์จะทำงานอย่างไร

สำหรับมอเตอร์ตัวเดียวกันหากคุณใช้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มเป็นสองเท่าคุณจะเพิ่มความเร็วในการโหลดไม่เท่าแรงบิดเป็นสองเท่าและเพิ่มพลังงานสี่เท่า นี่คือการสันนิษฐานว่ามอเตอร์ DC ไม่เผาไหม้ไปถึงสถานะที่ละเมิดรูปแบบมอเตอร์อุดมคติในอุดมคติเป็นต้น

อย่างไรก็ตามระหว่างมอเตอร์ที่แตกต่างกันมันเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่ามอเตอร์ทั้งสองนั้นจะทำงานได้อย่างไรเมื่อเทียบกับมอเตอร์แต่ละตัวตามระดับแรงดันไฟฟ้าเท่านั้น ดังนั้นคุณต้องเปรียบเทียบมอเตอร์สองตัวที่ต่างกันอย่างไร

เป็นการดีที่คุณต้องการทราบระดับแรงดันและแผงกระแสเพื่อให้คุณสามารถออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณได้อย่างเหมาะสมและคุณต้องการทราบว่าความเร็วในการโหลดและแรงบิดของแผงลอยเพื่อให้คุณสามารถคำนวณประสิทธิภาพเชิงกลของมอเตอร์ของคุณ คุณอาจต้องการดูคะแนนปัจจุบันของมอเตอร์ (มอเตอร์บางตัวอาจเสียหายได้หากคุณถ่วงเวลานานเกินไป!) การวิเคราะห์นี้ยังค่อนข้างละเลยแง่มุมประสิทธิภาพของมอเตอร์ สำหรับยานยนต์ที่มีประสิทธิภาพได้อย่างสมบูรณ์แบบหรือมากกว่าP E = Pเมตร สิ่งนี้จะทำให้การคำนวณพลังงานโดยใช้สมการทั้งสองนั้นเท่ากัน (เช่นพลังงานไฟฟ้าเท่ากับกำลังกล) อย่างไรก็ตามมอเตอร์จริงไม่มีประสิทธิภาพอย่างสมบูรณ์ บางคนอยู่ใกล้บางคนไม่$k_i = k_t$$P_e = P_m$

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

After 4 years using and studying electrical vehicles I figured out that "gradeability" (ability to raise a slope of specific grade) depends on motor torque, and torque depends on current.

Voltage instead "regulates" how fast a motor can run: the maximum speed a motor can reach is the speed at which the motor generates a voltage (named "Counter-electromotive force") which is equal to the voltage it receives from battery (disregarding power losses and frictions for simplicity).

How much current a motor can tolerate when a voltage is applied depends on how much thick the coils wires are (thicker = higher current = higher torque), due to coils internal resistance (the higher the resistance, the higher the heat produced, till wires melt).

Considering a 1000W motor:

• providing 100V/10A you'll be able to reach high speed but you won't be able to raise much slope.

• providing 10V/100A you'll move very slowly but you'll be able to climb high-grade slopes (assuming the motor can tolerate 100A).

The maximum current a motor can tolerate is named "rated current", which is way lower than the motor "stall current", i.e. the current flowing in the motor wires when voltage is applied and the motor is kept halted. The motor CANNOT tolerate its own stall current, which will soon melt wires. That's why electronics limits maximum current to rated current value.

In any motor, the basic principle is very simple:

• rotational speed is proportional to voltage applied
• torque is proportional to current pulled

A 100 volt motor is a motor that can take a maximum of 100 volts, and a 50 volt motor a maximum of 50 volts. Since the 100 volt motor can take more volts, if all else is equal, it can give you a higher maximum speed.

But the difference in voltage does not affect the torque. To get more torque to go up a hill, you need to supply your motor with more current. A motor that can take more current (and a battery and motor controller that can supply more current) will give you more torque to help you up the hill.

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).