بقلم Lauren Nagel
مقدمة
يُعد عزم الدوران متغيرًا مهمًا عند النظر في أداء المحرك الكهربائي. ويمكن استخدامه لحساب القدرة الميكانيكية واستنتاج القدرة الكهربائية. وبالنسبة للطائرات المسيّرة والطائرات الكهربائية، فإن معرفة عزم الدوران الخاص بك تتيح لك أيضًا حساب كفاءة المحرك بشكل منفصل عن كفاءة بقية النظام.
في هذا المقال سوف:
- نستخدم معادلة عزم دوران المحرك الكهربائي لحساب عزم دوران محرك التيار المباشر بدون فرشاة
- نختبر حسابنا تجريبيًا باستخدام منصة الدفع سيريز 1585
إذًا، كيف يمكنك حساب عزم دوران المحرك الكهربائي؟
لنفترض أننا نريد معرفة عزم دوران محركنا، Xoar 2407. إليك ما نعرفه:
- الوزن: 36 جم
- Kv: 2300 Kv
- أبعاد الجزء الثابت: 24 × 7 × 0.15 مم
- التكوين: 12N14P
لا يوجد هنا ما يساعدنا مباشرةً على حساب عزم الدوران، لذا دعونا نلقي نظرة على بعض المعلومات الأساسية.
يرتبط عزم دوران المحرك بعدة متغيرات، ولكن أهمها لحساب عزم الدوران هو التيار.
معادلة عزم دوران المحرك الكهربائي:
«Kt» هو معامل عزم دوران المحرك، ووحداته هي نيوتن-متر/أمبير (N.m/A). Kt هو نسبة عزم الدوران إلى التيار، وهي علاقة ليست خطية تمامًا.
بحد ذاته، لا يفيدنا هذا المعامل كثيرًا، ولكن يمكننا استخدام الافتراض بأن Kt = 1/Kv، وKv هو رقم لدينا بالفعل.
لنفترض أننا نريد تزويد محركنا بتيار قدره 20 أمبير. يمكننا استخدام هذا الرقم وقيمة Kv لمحركنا لحساب عزم الدوران النظري.
يُعطى Kv المحرك عادةً بوحدة دورة في الدقيقة/فولت (RPM/V)، ولكن لكي يعمل في معادلتنا، نحتاج إليه بوحدات النظام الدولي، وهي (راديان/ثانية)/فولت في هذه الحالة. لإجراء التحويل، سنقسم 2300 على 60 ثانية ونضربه في 2π.
لمزيد من التوضيح حول Kv المحرك، راجع مقالنا: كيفية حساب Kv المحرك
الآن يمكننا إدخال قيمة Kv بوحدات النظام الدولي في معادلة عزم دوران المحرك:
يبدو هذا الرقم معقولًا، ولكن عدم الخطية الناجمة عن وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC) والمحرك قد يعني أن النتائج النظرية لا تعكس بالضرورة الواقع. نتوقع عمومًا فرقًا يتراوح بين 10 و50% بين القيمة النظرية والقيمة المقاسة.
لاحظ أن هذه المعادلة تعمل بناءً على افتراض أن العلاقة بين عزم الدوران والتيار خطية، وهو أمر غير صحيح، لذا فإن عزم الدوران المحسوب لن يكون دقيقًا تمامًا.
دعونا نوصل المحرك بمنصة الاختبار ونرى مدى قربنا من القيمة النظرية.
استخدمنا منصة الاختبار لإجراء اختبار خطوة بسيط، وأخذنا قياسًا عندما وصل النظام إلى 20 أمبير. نتائج ذلك الاختبار موضحة أدناه.
الشكل 3: نتائج عزم الدوران مقابل التيار
عند 20 أمبير، قسنا عزم دوران قدره 0.133 نيوتن-متر باستخدام سيريز 1585، وهو فرق بنسبة 46% عما حسبناه.
كما ترى، خلافًا لما توحي به المعادلة، فإن العلاقة بين التيار وعزم الدوران ليست خطية. ويرجع ذلك إلى خسائر وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة (ESC) والمحرك.
توضح هذه البيانات أن حسابات عزم الدوران لا يمكن أن تعطينا سوى تقدير لعزم الدوران الحقيقي الناتج عن المحرك. للحصول على بيانات دقيقة لعزم الدوران، تحتاج إلى أداة لقياسه.
ما الذي يسبب فقدان عزم الدوران؟
لا تتضمن الحسابات النظرية خسائر العالم الحقيقي مثل مقاومة الملفات والاحتكاك في المحرك.
في المحركات الكهربائية، لا تُعد الملفات النحاسية موصلات مثالية، ويُفقد جزء من التيار المتدفق عبر الأسلاك على شكل حرارة بدلًا من استخدامه كعزم دوران للمحرك. كما تتسبب العوامل الميكانيكية مثل الاحتكاك في المحامل، والدوار، ومقاومة الرياح ضد الدوار الدوّار في فقدان الطاقة بدلًا من تحويلها إلى عزم دوران.
تفسر هذه العوامل الكهربائية والميكانيكية مجتمعةً سبب احتمال أن تكون بياناتك المقاسة أقل من حساباتك النظرية الأولية.
لقد كنا على دراية بهذه المعضلة منذ فترة طويلة، ولهذا السبب قمنا بتطوير أجهزة اختبار محركات الاحتراق الداخلي الخاصة بنا للسماح للمستخدمين بجمع بيانات دقيقة للغاية عن المحرك. تمكن هذه البيانات من التوصيف السليم لتركيبات المحرك والمروحة. كما تمنح المستخدمين النتائج التي يحتاجونها لاتخاذ قرارات واثقة بناءً على قياسات حقيقية بدلًا من الاعتماد على الحسابات النظرية وحدها.
- سيريز 1585 - تقيس ما يصل إلى 5 كجمف من الدفع / 2 نيوتن-متر من عزم الدوران
- فلايت ستاند 15 - تقيس ما يصل إلى 15 كجمف من الدفع / 8 نيوتن-متر من عزم الدوران
- فلايت ستاند 50 - تقيس ما يصل إلى 50 كجمف من الدفع / 30 نيوتن-متر من عزم الدوران
- فلايت ستاند 150 - تقيس ما يصل إلى 150 كجمف من الدفع / 150 نيوتن-متر من عزم الدوران
- فلايت ستاند 500 - تقيس ما يصل إلى 500 كجمف من الدفع / 1500 نيوتن-متر من عزم الدوران
مزيد من القراءة: تحليل قدرة وكفاءة المحرك التيار المباشر بدون فرشاة
إذا كانت لديك أي أسئلة أخرى، فلا تتردد في ترك تعليق لنا أدناه.