Yazar: Lauren Nagel
Giriş
Bir drone, RC araç veya fırçasız DC (BLDC) motor kullanan herhangi bir makine yapıyorsanız, motor Kv ve motor kutupları kavramlarıyla muhtemelen karşılaştınız. Bu iki parametre de motorunuzu tanımlamak ve performansını tahmin etmek için yararlıdır.
Bu makalede bu metriklerin ne anlama geldiğini, nasıl hesaplandığını ve ölçüldüğünü ve son olarak birbirleriyle nasıl ilişkili olduklarını ele alıyoruz.
İçindekiler:
- Fırçasız Motor Kv'si Nasıl Hesaplanır
- Motor Kv'si nedir?
- Kv değeri ne anlama gelir?
- Kv nasıl ölçülür ve hesaplanır (denklemler)
- Motor Kv'si nasıl ölçülür
- Fırçasız Bir Motorda Kutup Sayısı Nasıl Belirlenir
- Motor kutupları nedir?
- Motor kutupları ve kutup çiftleri
- Motor kutupları ve elektriksel hız
- Motor kutupları nasıl hesaplanır (denklemler)
- Motor kutupları nasıl ölçülür
- Motor Kutupları ve Kv Arasındaki İlişki
Hesaplamaları yaptıktan sonra, sonuçlarımızı doğrulamak için Series 1585 itki test standını kullanacağız.
Bölüm 1: Fırçasız Motor Kv'si Nasıl Hesaplanır
Fırçasız Motorlarda Motor Kv'si Nedir?
Motor Kv'si, fırçasız bir motorda yüklenmesiz durumda tepe voltajı ile dönüş hızı arasındaki ilişkiyi tanımlamanın bir yolunu sunar. Kv'nin birimi RPM/V'dir ve yüklenmemiş motorun dönüş hızının uygulanan voltaja bölünmesiyle tahmin edilebilir.
Aslında, dikkate almamız gereken voltaj, uygulanan voltaj değil, ters elektromotor kuvvetidir (EMF).
Fırçasız bir motorda ters elektromotor kuvveti (EMF), motorun manyetik alanında bobinlerin hareketiyle oluşan ve güç kaynağı tarafından sağlanan akımın tersi yönünde meydana gelen bir voltajdır.
Bu, bir manyetik alan içinde hareket eden bir bobinin bobin içinde voltaj veya emf olarak adlandırılan bir elektron akışı yarattığını gösteren Faraday'ın yasasıyla açıklanabilir.
Motor döndüğünde, üretilen ters EMF rotorun hızına orantılıdır: RPM arttıkça, ters EMF de artar. Yüklenmesiz tam gazda (motorun kendi ataletini göz ardı ederek), bu ilişkiyi şu formülle tanımlayabiliriz:
Kv Değeri Ne Anlama Gelir?
Kv değeri, ona uygulanan her volt için bir motorun kaç dönüş yapacağının bir tahminini sunar. Bu değer, fiziksel olarak aynı boyutta olan ancak iç işleyişleri nedeniyle farklı performans özelliklerine sahip motorları karşılaştırmak için yararlı olabilir.
Genel bir kural olarak, bobinlerdeki sarım sayısı arttıkça, motorun Kv'si azalır. Mekanik olarak konuşmak gerekirse, düşük Kv'li motorlar daha ince bir telin daha fazla sarımına sahiptir ve ince tel daha düşük akımda daha fazla voltaj taşır.
Yüksek Kv'li motorlar daha az sarıma sahip olsa da daha az voltajla daha yüksek akım taşıyabilen daha kalın bir tele sahiptir. Bir sonraki bölümde yer alan denklemler, bu kavramın matematiksel bir gösterimini sunar.
Daha fazla okuma: BLDC Motor Gücü ve Verimlilik Analizi
Drone'lara uygulandığında, düşük Kv'li motorlar daha düşük RPM'lerde çalışmaya ve daha fazla tork üretmeye eğilimlidir; bu da onları daha büyük pervaneler ve büyük drone'lar için ideal hale getirir. Yüksek Kv'li motorlar daha yüksek RPM'lerde çalışır ve düşük torklu, küçük ve hızlı dönen pervaneler için idealdir.
Bu nedenle, yarış quad'leri gibi daha hafif ve hızlı hareket eden drone'lar için yüksek Kv'li motorlar en iyi seçenektir ve daha ağır, daha yavaş hareket eden drone'lar için düşük Kv'li motorlar daha uygundur.
Şekil 1: EMAX Hawk Pro yarış drone'u 2400 Kv'li bir motor kullanırken, Foxtech Gaia 190MP ağır yük drone'u 100 Kv'li bir motor kullanır
Bir diğer pratik uygulama ise inrunner ve outrunner motorları içindir. Bir inrunner, genellikle aynı boyuttaki bir outrunner'dan daha yüksek Kv değerine sahiptir. Outrunner'daki rotorun daha büyük çapı, daha fazla kalıcı mıknatise olanak tanır.
Daha fazla mıknatıs (kutup) → daha düşük hız → daha düşük Kv. Inrunner'ın küçük çapı, bir dönüş için katetmesi gereken çevrenin de daha küçük olduğu anlamına gelir, böylece aynı voltaj için daha fazla dönüş yapar.
Kv'nin bir motorun performansını değerlendirmenin kesin bir yolu olmadığını, motor markasının da verimliliğini etkileyebileceğini unutmamak önemlidir. Aynı Kv değeri için, bir markaya ait motor, test edilmeden önce başka bir markadan daha iyi veya daha kötü performans gösterebilir.
Motor Kv'si Nasıl Hesaplanır
Önceki formülümüze dönersek:
Onu şu şekilde düzenleyebiliriz:
Kv'yi yaklaşık olarak hesaplamak için, denklemde 'Ters EMF' yerine giriş voltajını koyabilirsiniz, bu size motor Kv'si hakkında oldukça iyi bir tahmin verecektir.
Daha doğru bir tahmin için, kök ortalama kare (RMS) voltajınızı elde etmek üzere devredeki iki uç arasındaki voltajı ölçebilir, ardından tepe voltajı elde etmek için onu sqrt(2) veya 1.414 ile çarpabilir ve bu denkleme yerleştirebilirsiniz:
0.95, teorik modelden sapmaları hesaba katarak deneysel olarak gözlemlenen değere daha yakın bir değer sağlamak için kullanılan bir değerdir. Bu katsayı Kv hesaplamaları için yaygın olarak kabul edilir.
BLDC Kv Nasıl Ölçülür
Kv'yi deneysel olarak ölçmek, motorunuzun gerçek Kv'si hakkında doğru bir fikir edinmenin belki de en iyi yoludur. Test ettiğimiz motorların belirtilen ve ölçülen Kv'leri arasında düzenli olarak farklılıklar gözlemledik, siz de muhtemelen gözlemleyeceksiniz.
Motorunuzu yüklenmesiz bir testten geçirerek Kv'yi deneysel olarak ölçmenize olanak tanıyan önceden yazılmış bir betiği RCbenchmark yazılımımızda sunuyoruz.
Tek yapmanız gereken motorunuzu bir RCbenchmark test standına bağlamak, Kurulum sekmesinde motor kutup sayısını girmek ve ardından testi (pervane olmadan) çalıştırmaktır. Test bittiğinde yazılım motorunuzun Kv'sini otomatik olarak hesaplayacaktır.
Motorunuz bir Kv değeriyle etiketlenmiş olsa bile, deneysel Kv'nin reklam edilenle eşleşip eşleşmediğini görmek için onu test etmek ilginç olabilir.
Şekil 2: RCbenchmark yazılımını kullanarak Kv'yi hesaplayan otomatik betik
Bölüm 2: Fırçasız Bir Motorda Kutup Sayısı Nasıl Belirlenir
Motor Kutupları Nedir?
Fırçasız bir motorun içinde, rotorun çevresini çevreleyen bir dizi mıknatıs bulunur (şekil 1). Bu mıknatıslara motorun 'kutupları' da denir. Statördeki bobinlere elektrik akımı verildiğinde, mıknatısları benzer elektromıknatısları ittiği için rotor dönmeye başlar.
Aşağıdaki şemada, mavi rotor, inrunner motorunda (sol) ve outrunner motorunda (sağ) kalıcı mıknatısları içerir. Yeşil stator, elektromanyetik bobinleri tutar.
Şekil 3: Inrunner ve outrunner motorlarda motor mıknatısları / kutupları
Motor Kutupları vs. Kutup Çiftleri
Rotoru çevreleyen mıknatısların her birinin kendi kuzey ve güney ucu vardır ve bu uçlardan sadece biri statöre bakarak onunla etkileşime girer. Rotorun dışına bakan eşit sayıda kuzey ve güney mıknatısı vardır ve her N ve S mıknatısı seti bir 'kutup çifti' olarak adlandırılır.
Motorun her kutup çiftinde iki kutup vardır, bu nedenle motor 8 kutup / mıknatısa sahipse 4 kutup çifti vardır. Aynı nedenden dolayı, her mıknatısın zıt bir kutba ihtiyacı olduğu için neredeyse her zaman çift bir kutup sayısına (2, 4, 6, 8 vb.) sahip olursunuz.
Örn.
- 2 kutuplu motor → 1 kuzey mıknatısı ve 1 güney mıknatısı → 1 kutup çifti
- 8 kutuplu motor → 4 kuzey mıknatısı ve 4 güney mıknatısı → 4 kutup çifti
Motor Kutupları ve Motor Elektriksel Hızı Arasındaki İlişki
Motorun hızı, rotorun kutup sayısıyla ters orantılıdır. İlişki aşağıdaki formülle açıklanır:
Burada:
Ns = senkron hız
f = üç fazlı güç kaynağının frekansı
Ve #p = kutup sayısı
Alternatif olarak şöyle de yazılabilir:
Burada:
Ns = senkron hız
f = üç fazlı güç kaynağının frekansı
Ve #pp = kutup çifti sayısı
Motor Kutupları Nasıl Hesaplanır
Kutup sayısı rotorun kalıcı mıknatıs sayısına eşit olduğundan, kutup sayısını belirlemenin en basit yolu mıknatısları manuel olarak saymaktır.
Motorunuzun içine bakabiliyorsanız veya dış muhafazayı çıkarabiliyorsanız bu mümkündür. Muhafazayı çıkaramıyorsanız, mıknatıslar oldukça küçük ve çok sayıda olabileceği için bu zorlu bir görev olabilir.
Daha Fazla Okuma: BLDC Motorlar Nasıl Çalışır
Şekil 4: Fırçasız bir motorun içindeki mıknatısları / kutupları saymak
Rotorunuzun etrafında bir mıknatıs sallayarak çekim ve itmenin nerede gerçekleştiğini görmek gibi diğer basit prosedürler de önerilmiştir. Bu yöntem, mıknatısların statorun dışında yüzeye yakın olduğu outrunner motorlar için en uygulanabilir olanıdır.
Rotorunuzun içindeki mıknatıslar daha güçlü bir mıknatısın etkisiyle manyetik özelliklerini kaybedebileceği için bu tekniği denemeye dikkat edin.
Biraz daha fazla çaba ve ekipman gerektiren bir başka seçenek, motor hızını ve güç kaynağı frekansını deneysel olarak bulmak ve ardından aşağıdaki denklemi motor kutup sayısını çözmek için yeniden düzenlemektir:
Motor hızınızı ölçmek için motorunuzu ters yönde sürecek bir ekipmana (örneğin bir matkaba) ve dönüş sayısını ölçmek için takometre gibi bir dönüş hızı ölçme cihazına ihtiyacınız olacak.
Ayrıca üretilen ters EMF'nin frekansını ölçmek için osiloskop gibi bir cihaza ihtiyacınız olacak. Hızı ve frekansı aynı anda ölçün, ardından motorunuzdaki kutup sayısını belirlemek için değerleri yukarıdaki denkleme girin.
Motor Kutuplarının Sayısını Ölçün
Motorunuzdaki kutup sayısını ölçmenin belki de en basit yolu, bir test standının bunu sizin için belirlemesini sağlamaktır.
Test standlarımızdan birkaçı, motorunuzdaki kutup sayısını hesaplamak için otomatik, önceden yazılmış betiklerle birlikte gelir, bunlar arasında Series 1585 bulunur.
Motorunuzun Kv değerini betiğe girin ve ardından motorunuz test standına takılıyken (motor tam hızda çalışacağı için pervane olmadan) otomatik testi çalıştırın.
Yazılım, test biter bitmez motorunuz için kutup sayısını size sağlayacaktır, bu da sadece birkaç dakika sürer.
Şekil 5: RCbenchmark yazılımını kullanarak motor kutuplarını sayan otomatik betik
Bölüm 3: Motor Kutupları ve Kv Arasındaki İlişki
Önceki bölümlerde gösterildiği gibi, motor Kv'si ve kutup sayısı, motorun hızı / RPM ile ilişkilidir. Dönüş hızı arttıkça Kv'nin de arttığını biliyoruz. Alternatif olarak, daha yüksek kutup sayısı, daha düşük RPM'lerde çalışan motorlara karşılık gelir.
Motor kutuplarının sayısı ile Kv arasındaki ilişki ters orantılıdır. Bu, pratik olarak düşündüğümüzde mantıklıdır.
Daha fazla kutuba sahip daha büyük bir motor, yüksek tork gerektirecek ve düşük çalışma hızında çalışacaktır. Bu nedenle kullanılan motorun yüksek kutup sayısına ve düşük Kv'ye sahip olması gerekir.
Daha az kutuba sahip daha küçük bir motor, yüksek RPM'de çalışacak ve nispeten düşük tork üretecektir. Bu nedenle motor düşük kutup sayısına ve yüksek Kv'ye sahip olacaktır.
Sonuç
Bu makalede ele alınan kavramlar, fırçasız motor kutupları ve motor Kv'si, BLDC motorların özelliklerini ve performansını anlamak için temel olan iki kavramdır. Bu sayıları nasıl yorumlayacağınızı bilmek, drone'unuz veya elektrikli aracınız için en iyi motoru seçmenize ve performansınızı ve verimliliğinizi artırmanıza yardımcı olabilir. Verimlilik, uçuş süresi, taşıma kapasitesi ve menzil ile doğrudan ilişkilidir, bu nedenle bu bilgi çok değerlidir.
Motorunuzdaki kutup sayısını ve motorunuzun Kv'sini otomatik olarak ölçmek isterseniz, motor test araçlarımıza göz atmanızı öneririz:
- Series 1585 - 5 kgf itki / 2 Nm tork ölçer
- Flight Stand 15 - 15 kgf'ye kadar itiş gücü / 8 Nm tork ölçer
- Flight Stand 50 - 50 kgf'ye kadar itiş gücü / 30 Nm tork ölçer
- Flight Stand 150 - 150 kgf'ye kadar itiş gücü / 150 Nm tork ölçer
- Flight Stand 500 - 500 kgf'ye kadar itiş gücü / 1500 Nm tork ölçer
Bu makalenin içeriği hakkında herhangi bir sorunuz varsa, bize yorum bırakmaktan çekinmeyin; size yanıt vereceğimizden emin olabilirsiniz.
Daha fazla bilgi için: Bir Fırçasız Motoru İtiş Gücü Standı ile Nasıl Test Edilir