Kv, Kt a počet pólů: tři klíčové hodnoty, které popisují elektrický motor
Dva motory stejné velikosti se mohou chovat velmi odlišně: jeden má silný rozjezd, ale rychle dosahuje svého limitu, zatímco druhý akceleruje pomaleji, ale dosahuje vyšší maximální rychlosti. Rozdíl je dán dvěma konstantami, Kv a Kt, a také počtem pólů. Tento návod tyto parametry vysvětluje, spolu s užitečnými výpočty pro každodenní použití.
Nejdůležitější
- Hodnota Kv udává, kolik otáček za minutu motor provede na jeden volt, za předpokladu, že není zatížen.
- Hodnota Kt udává, kolik točivého momentu motor produkuje na jeden ampér. Je to inverzní hodnota Kv, s ohledem na určitý koeficient.
- Vysoké Kv zajišťuje vyšší rychlost, zatímco vysoké Kt poskytuje větší točivý moment: nelze dosáhnout obou vlastností u jednoho motoru.
- Počet pólů určuje frekvenci proudu, kterou musí řadič generovat.
Kv: rychlost v otáčkách na volt
Hodnota Kv se měří v otáčkách za minutu na volt. Motor s Kv 15 se, za ideálních podmínek a bez ztrát, otáčí 15 otáčkami za minutu pro každý volt napětí. Na baterii s plným nabitím 84 V by se tedy teoreticky mohl otáčet maximálně přibližně 15 × 84 = 1 260 otáček za minutu.
Toto je maximální rychlost: při zatížení klesá napětí v baterii, kabelech a vinutích, a také se zvyšuje tření, což snižuje rychlost. To vysvětluje, proč baterie s vyšším napětím umožňuje vyšší rychlost u koloběžky se stejným motorem, a proč se mluví o snižování magnetického toku (defluxage) jako o způsobu, jak překonat toto omezení.
Od otáčení po rychlost koloběžky
Pro motor v náboji kola se kolo otáčí rychlostí motoru. Rychlost v kilometrech za hodinu se vypočítá následovně:
`rychlost (km/h) = otáčky za minutu × obvod kola (m) × 60 ÷ 1 000`
Příklad: 1 260 otáček za minutu na kole s obvodem 0,8 metru dává 1 260 × 0,8 × 60 ÷ 1 000 ≈ 60 km/h, což je teoretická rychlost bez zatížení. Skutečná rychlost bude nižší.
Kt: točivý moment na ampér
Hodnota Kt se měří v newton-metrech na ampér. Motor s hodnotou Kt 0,6 produkuje 0,6 N·m točivého momentu pro každý ampér protékajícího proudem. Při proudu 100 A produkuje 60 N·m.
Hodnoty Kv a Kt popisují stejnou vlastnost, ale z různých úhlů pohledu: sílu magnetů a počet závitů v cívkách. Při použití konzistentních jednotek jsou tyto hodnoty vzájemně propojeny jednoduchým vztahem:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt v jednotkách N·m/A, Kv v otáčkách za minutu na volt)
S hodnotou Kv 15, lze odvodit hodnotu Kt přibližně 0,64 N·m/A. V závislosti na měřicích konvencích výrobců (napětí mezi fázemi nebo na fázi, špičková nebo efektivní hodnota), se tento vztah může lišit v rozsahu od 1,2 do 1,7: berte to prosím jako orientační hodnotu, nikoli jako přesnou.
Vysoká rychlost nebo vysoký točivý moment: stejný motor, ale s odlišným vinutím
Pro stejný konstrukční rám a stejné magnety lze stator vinout buď s větším počtem závitů tenkého drátu, nebo s menším počtem závitů silnějšího drátu.
| Více závitů (vysoký točivý moment) | Méně závitů (pro vyšší rychlost) | |
|---|---|---|
| Kv | Nižší hodnota: nižší rychlost na volt | Výše: vyšší rychlost na volt |
| Kt | Výše: větší točivý moment na ampér | Nižší hodnota: menší točivý moment na ampér |
| Proud pro stejný točivý moment | Nižší | Vyšší |
| Co vyžaduje od řídicí jednotky a baterie | Méně proudu | Více proudu |
Při srovnatelné velikosti mohou oba typy vinutí dosahovat srovnatelného výkonu: jeden dosahuje tohoto výkonu s vyšším napětím a nižším proudem, zatímco druhý naopak. Správná volba závisí na napětí baterie, na tom, jaký proud může řídicí jednotka a baterie dodat, a na zamýšleném použití: zrychlení a zdolávání stoupání, nebo maximální rychlost. To je princip, na kterém jsou založeny verze High Speed a High Torque našich motorů pro elektrické koloběžky.
Póly: frekvence elektrického proudu
Motor má určitý počet párů magnetických pólů, což znamená páry severních a jižních magnetů na rotoru. Při každém otáčení rotoru musí proud projít stejným počtem kompletních cyklů, jako je počet párů pólů.
`elektrická frekvence (Hz) = otáčky za minutu ÷ 60 × počet párů pólů`
Motory zabudované v nábojích kol u koloběžek mají mnoho pólů: právě to jim umožňuje dosahovat vysokého točivého momentu při nízkých rychlostech, a to bez použití převodu. Na druhou stranu, řídicí jednotka musí generovat vysokou frekvenci při vysokých rychlostech, což vyžaduje rychlé řízení a dostatečnou frekvenci spínání.
Software pro nastavení, jako například VESC Tool, často zobrazuje rychlost v otáčkách elektrického motoru za minutu (ERPM): jedná se o mechanickou rychlost vynásobenou počtem párů pólů.
Co je důležité zvážit při výběru motoru
- Maximální rychlost závisí na hodnotě Kv a napětí: Kv vynásobené napětím, a poté na průměru kola.
- Krouticí moment závisí na hodnotě Kt a na proudu, který může řídicí jednotka poslat do motoru.
- Zahřívání závisí na proudu: motor s nízkým koeficientem Kt vyžaduje vyšší proud pro stejný točivý moment, a proto se zahřívá více při stejném točivém momentu, pokud není větší.
- Řídicí jednotka musí sledovat proud fáze a elektrickou frekvenci.
Často kladené otázky
Jak změřit hodnotu Kv motoru?
Spusťte motor bez zatížení, s odpojeným kolem, na známém napětí a změřte jeho otáčkovou rychlost. Hodnota Kv je poměr těchto dvou veličin. Regulátory, jako například VESC, tuto hodnotu také odvozují z procesu detekce motoru, a to na základě toku magnetického pole.
Zvyšuje vyšší hodnocení Kv vždy rychlost elektrické koloběžky?
Zvyšuje maximální rychlost, ale vyžaduje vyšší proud pro stejný točivý moment. Pokud baterie nebo řídicí jednotka nejsou schopny dodat dostatečný proud, vozidlo bude pomalejší při akceleraci a může se zastavit. Zvýšení výkonu je skutečné pouze v případě, že všechny komponenty systému jsou správně dimenzovány.
Proč mají motory s vnitřním rotorem tolik pólů?
Protože pohánějí kolo přímo, bez převodu. Vysoký počet magnetických pólů zajišťuje vysoký točivý moment při nízkých otáčkách v motoru s plochou konstrukcí a velkým průměrem, což je přesně to, co je potřeba pro pohon kola.