Автор: Lauren Nagel
Вступ
Крутний момент — важливий параметр характеристик електродвигуна. Він дає змогу розрахувати механічну потужність та оцінити електричну. Для дронів і електролітаків також дозволяє визначати ККД двигуна окремо від решти системи.
У статті ми:
- Розрахуємо крутний момент безколекторного двигуна за формулою
- Перевіримо розрахунок експериментально на стенді тяги Series 1585
Як розрахувати крутний момент електродвигуна?
Припустімо, потрібно визначити момент Xoar 2407. Відомо:
- Маса: 36 г
- Kv: 2300 Kv
- Розміри статора: 24 × 7 × 0,15 мм
- Конфігурація: 12N14P
Ці дані безпосередньо не дають моменту, тому розглянемо теорію.
Момент залежить від кількох змінних, найважливіша для розрахунку — струм.
Формула крутного моменту:
Kt — коефіцієнт моменту в Н·м/А, тобто відношення моменту до струму. Реальна залежність не ідеально лінійна.
Самого коефіцієнта ми не знаємо, але використаємо наближення Kt = 1/Kv з узгодженими одиницями.
Припустімо, подаємо 20 А. Разом із Kv це дає теоретичний момент.
Kv зазвичай має одиниці об/хв/В, а для формули потрібні (рад/с)/В. Поділимо 2300 на 60 і помножимо на 2π.
Докладніше про Kv читайте: Як розрахувати Kv двигуна
Підставимо Kv в одиницях SI у формулу моменту:
Результат видається правдоподібним, але нелінійність ESC і двигуна створює розбіжності теорії та практики. Зазвичай очікуємо різницю 10–50%.
Рівняння припускає лінійну залежність моменту від струму, тому не дає абсолютно точного значення.
Під’єднаймо двигун до стенда та перевірмо розрахунок.
Виконаємо простий ступінчастий тест і запишемо вимірювання при 20 А.
Рисунок 3. Крутний момент залежно від струму
При 20 А Series 1585 виміряв 0,133 Н·м — відмінність від розрахунку 46%.
Залежність струму й моменту нелінійна через втрати ESC та двигуна.
Розрахунок дає лише оцінку. Для точних даних потрібне вимірювання.
Що спричиняє втрати моменту?
Теорія не враховує реальні втрати, зокрема опір обмоток і тертя.
Мідні обмотки не ідеальні: частина електричної енергії переходить у тепло. Тертя підшипників, ротора й опір повітря також забирають потужність замість її перетворення на корисний момент.
Разом ці чинники пояснюють нижчі виміряні значення порівняно з теорією.
Саме для розв’язання цієї задачі ми створили стенди випробування двигунів для точних даних і характеристики комбінацій двигуна з пропелером. Реальні вимірювання дають обґрунтовані рішення замість покладання лише на теорію.
- Series 1585 — тяга до 5 кгс / момент до 2 Н·м
- Flight Stand 15 — тяга до 15 кгс / момент до 8 Н·м
- Flight Stand 50 — тяга до 50 кгс / момент до 30 Н·м
- Flight Stand 150 — тяга до 150 кгс / момент до 150 Н·м
- Flight Stand 500 — тяга до 500 кгс / момент до 1500 Н·м
Читайте також: Аналіз потужності та ККД безколекторного двигуна
Залишайте додаткові запитання в коментарях.