Kv, Kt og antal poler: de tre væsentlige parametre, der beskriver en elektrisk motor
To motorer af samme størrelse kan opføre sig meget forskelligt: den ene har et kraftigt moment ved start, men når hurtigt sin maksimale ydeevne, mens den anden accelererer langsommere, men opnår en højere maksimal hastighed. Forskellen kan ses i to konstanter, Kv og Kt, samt i antallet af poler. Denne guide forklarer disse, sammen med de beregninger, der er nyttige i hverdagen.
Det vigtigste
- Kv-værdien angiver, hvor mange omdrejninger per minut motoren laver for hver volt, når den ikke er under belastning.
- Kt angiver, hvor meget drejningsmoment motoren producerer pr. ampere. Det er omvendt af Kv, med en faktor forskel.
- En høj Kv-værdi giver højere hastighed, mens en høj Kt-værdi giver mere moment (kraft). Man kan ikke opnå begge dele optimalt med én og samme motor.
- Antallet af poler bestemmer den frekvens, som controlleren skal generere for strømmen.
Kv-værdien: Hastigheden pr. volt
Kv-værdien måles i omdrejninger pr. minut pr. volt. En motor med en Kv-værdi på 15 vil, uden belastning og uden tab, rotere med 15 omdrejninger pr. minut for hver volt, der tilføres. På et batteri med fuld opladning på 84 V, ville den derfor, under optimale forhold, rotere med omkring 15 × 84 = 1260 omdrejninger pr. minut.
Det er en maksimal hastighed: under belastning reducerer spændingsfaldet i batteriet, kablerne og viklingerne, samt friktionen, hastigheden. Det forklarer, hvorfor et batteri med højere spænding gør en elscooter hurtigere med den samme motor, og hvorfor man taler om felt-afmagnetisering for at overvinde denne grænse.
Fra rotation til hastigheden på elscooteren
For en motorhjulsmotor roterer hjulet med motorens hastighed. Hastigheden i kilometer i timen beregnes således:
`hastighed (km/t) = omdrejninger pr. minut × hjulomkreds (m) × 60 ÷ 1.000`
Eksempel: 1.260 omdrejninger pr. minut på et hjul med en omkreds på 0,8 meter giver 1.260 × 0,8 × 60 ÷ 1.000 ≈ 60 km/t, under ideelle forhold og teoretisk. Den faktiske hastighed vil være lavere.
Kt: Drejningsmoment pr. ampere
Kt måles i newton-meter pr. ampere. En motor med en Kt-værdi på 0,6 producerer 0,6 N·m for hver ampere strøm i fasen. Med 100 ampere producerer den 60 N·m.
Kv og Kt beskriver det samme, set fra to forskellige perspektiver: magneternes styrke og antallet af viklinger. Med sammenhængende enheder er de relateret gennem en simpel formel:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt i N·m/A, Kv i omdrejninger pr. minut pr. volt)
Med en Kv-værdi på 15, finder vi en Kt-værdi på omkring 0,64 N·m/A. Afhængigt af producenternes målekonventioner (spænding mellem faser eller pr. fase, toppværdi eller effektivværdi), kan dette forhold variere med en faktor, der ligger et sted mellem 1,2 og 1,7. Brug dette som en grov estimering, ikke som en præcis værdi.
Høj hastighed eller højt drejningsmoment: den samme motor, men med en anden vikling
For samme kabinet og de samme magneter, kan man vikle statoren med flere windinger af tyndere ledning, eller færre windinger af tykkere ledning.
| Flere viklinger (højere moment) | Færre viklinger (høj hastighed) | |
|---|---|---|
| Kv | Lavere værdi: lavere hastighed pr. volt | Højere: Mere hastighed pr. volt |
| Kt | Ovenfor: mere drejningsmoment per ampere | Lavere: mindre moment pr. ampere |
| Strøm ved samme moment | Mindre | Højere |
| Det, han kræver af controlleren og batteriet | Mindre strøm | Mere strøm |
Ved samme størrelse kan begge viklinger producere en sammenlignelig effekt: den ene opnår det med højere spænding og lavere strøm, den anden omvendt. Det rigtige valg afhænger af batterispændingen, hvad controlleren og batteriet kan levere i strøm, og af anvendelsen: acceleration og stigninger, eller maksimal hastighed. Det er logikken bag de "High Speed" og "High Torque" versioner af vores elektriske scooter-motorer.
Polerne: den elektriske frekvens
En motor har et bestemt antal magnetiske polpar, det vil sige par af nord- og sydmagneter på rotoren. For hvert mekanisk omdrejning skal strømmen gennemføre lige så mange komplette cyklusser, som der er polpar.
`elektrisk frekvens (Hz) = omdrejninger pr. minut ÷ 60 × antal polpar`
Elmotorerne i elscootere har mange poler: det er det, der giver dem et højt moment ved lave hastigheder uden behov for en gearkasse. Til gengæld skal controlleren producere en høj frekvens ved høje hastigheder, hvilket kræver en hurtig styring og en tilstrækkelig omskifterfrekvens.
Software til justering, som f.eks. VESC Tool, viser ofte hastigheden i omdrejninger pr. minut (ERPM): dette er den mekaniske hastighed ganget med antallet af polpar.
Hvad man bør overveje, når man vælger en motor
- Den maksimale hastighed afhænger af Kv-værdien og spændingen: Kv ganget med spændingen, og derefter af dækstørrelsen.
- Drejemomentet afhænger af Kt-værdien og den strøm, som controlleren kan levere til fasen.
- Opvarmningen afhænger af strømmen: En motor med lav Kt-værdi kræver mere strøm for at opnå det samme moment, og derfor vil den blive varmere ved samme moment, hvis den ikke er større.
- Controlleren skal overvåge både strømmen i hver fase og den elektriske frekvens.
Ofte stillede spørgsmål
Hvordan måler man Kv-værdien af sin motor?
Kør motoren uden belastning, med hjulet løftet, ved en kendt spænding, og mål dens omdrejningstal. Kv-værdien er forholdet mellem disse to værdier. Styrecomputere, som f.eks. VESC, kan også udlede denne værdi under motordetektion, baseret på magnetfeltets styrke.
Gør en højere Kv-værdi altid el-scooteren hurtigere?
Den øger den maksimale hastighed, men kræver mere strøm for at opnå det samme drejningsmoment. Hvis batteriet eller controlleren ikke kan levere den nødvendige strøm, vil maskinen være langsommere ved acceleration og kan muligvis stoppe. Forbedringen er kun reel, hvis hele systemet er dimensioneret korrekt.
Hvorfor har navmotorer så mange poler?
Fordi de driver hjulet direkte, uden gearreduktion. Et stort antal poler giver et højt moment ved lave hastigheder i en flad og stor motor, hvilket er præcis det, der er nødvendigt i et hjul.