Kv, Kt y número de polos: los tres parámetros que describen un motor eléctrico
Dos motores del mismo tamaño pueden comportarse de manera muy diferente: uno puede ofrecer mucha potencia al inicio pero alcanzar rápidamente su límite, mientras que el otro acelera menos pero alcanza una mayor velocidad máxima. La diferencia se refleja en dos constantes, el Kv y el Kt, y en el número de pólos. Esta guía explica estos conceptos, junto con los cálculos útiles para el día a día.
Lo esencial
- El valor Kv indica cuántas revoluciones por minuto realiza el motor por voltio, en condiciones de vacío.
- El valor de Kt indica el par motor que produce el motor por cada amperio. Es el inverso del Kv, con una diferencia de un factor.
- Un Kv alto proporciona velocidad, mientras que un Kt alto proporciona fuerza: no se pueden obtener ambas características en el mismo motor.
- El número de polos determina la frecuencia de la corriente que el controlador debe generar.
El Kv: la velocidad por voltio
El Kv se mide en revoluciones por minuto por voltio. Un motor con un Kv de 15 gira, en vacío y sin pérdidas, a 15 revoluciones por minuto por cada voltio aplicado. En una batería de 84 V completamente cargada, teóricamente podría alcanzar un máximo de aproximadamente 15 × 84 = 1260 revoluciones por minuto.
Es una velocidad máxima: bajo carga, la caída de tensión en la batería, los cables y los bobinados, así como la fricción, la reducen. Esto explica por qué una batería de mayor voltaje hace que una patineta eléctrica sea más rápida con el mismo motor, y por qué se habla de desmagnetización para superar este límite.
De la rotación a la velocidad de la patineta eléctrica
Para un motor de buje, la rueda gira a la velocidad del motor. La velocidad en kilómetros por hora se calcula de la siguiente manera:
`velocidad (km/h) = revoluciones por minuto × circunferencia de la rueda (m) × 60 ÷ 1000`
Ejemplo: 1260 revoluciones por minuto en una rueda de 0,8 metros de circunferencia dan como resultado 1260 × 0,8 × 60 ÷ 1000 ≈ 60 km/h, en condiciones ideales y teóricas. La velocidad real será menor.
El valor Kt: el par motor por amperio
El valor de Kt se mide en newton-metros por amperio. Un motor con un valor de Kt de 0,6 produce 0,6 N·m por cada amperio de corriente de fase. Con 100 A, produce 60 N·m.
Kv y Kt describen lo mismo, pero desde dos perspectivas diferentes: la fuerza de los imanes y el número de espiras de los bobinados. Con unidades coherentes, están relacionados por una relación simple:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt en N·m/A, Kv en revoluciones por minuto por voltio)
Con un Kv de 15, se obtiene un Kt de aproximadamente 0,64 N·m/A. Según las convenciones de medición de los fabricantes (voltaje entre fases o por fase, valor de pico o eficaz), esta relación puede variar en un factor cercano a 1,2 a 1,7: utilícela como una estimación, no como un valor exacto.
Alta velocidad o alto torque: el mismo motor, pero con un bobinado diferente
Para un mismo núcleo y los mismos imanes, se puede enrollar el estator con más vueltas de hilo fino, o con menos vueltas de hilo grueso.
| Más espiras (alto par) | Menos espiras (Alta velocidad) | |
|---|---|---|
| Kv | Más abajo: menor velocidad por voltio | Más arriba: mayor velocidad por voltio |
| Kt | Arriba: mayor par motor por amperio | Más abajo: menor par motor por amperio |
| Corriente para el mismo par motor | Más bajo | Más alto |
| Lo que exige del controlador y de la batería | Menos corriente | Más corriente |
Con el mismo tamaño, ambos tipos de bobinado pueden producir una potencia comparable: uno lo logra con más voltaje y menos corriente, mientras que el otro funciona al revés. La elección correcta depende del voltaje de la batería, de lo que el controlador y la batería pueden suministrar en términos de corriente, y del uso: aceleración y subidas, o velocidad máxima. Esta es la lógica detrás de las versiones de alta velocidad y alto torque de nuestros motores para patinetes eléctricos.
Los polos: la frecuencia eléctrica
Un motor tiene un cierto número de pares de polos magnéticos, es decir, pares de imanes norte y sur en el rotor. En cada vuelta mecánica, la corriente debe completar tantos ciclos como el número de pares de polos.
`frecuencia eléctrica (Hz) = revoluciones por minuto ÷ 60 × número de pares de polos`
Los motores de buje de patinete tienen muchos polos: esto es lo que les proporciona par a baja velocidad sin necesidad de una caja de cambios. En contrapartida, el controlador debe producir una frecuencia alta a alta velocidad, lo que requiere un control rápido y una frecuencia de conmutación suficiente.
Los programas de configuración, como VESC Tool, a menudo muestran la velocidad en revoluciones eléctricas por minuto (ERPM): esto es la velocidad mecánica multiplicada por el número de pares de polos.
Lo que se tiene en cuenta para elegir un motor
- La velocidad máxima depende del valor de Kv y del voltaje: Kv multiplicado por el voltaje, y luego, del tamaño de la rueda.
- El par motor depende del valor de Kt y de la corriente de fase que el controlador puede suministrar.
- La temperatura que alcanza depende de la corriente: un motor con un bajo valor de Kt requiere más corriente para generar el mismo par, por lo que se calentará más a igual par si no es más grande.
- El controlador debe monitorear la corriente de fase y la frecuencia eléctrica.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se mide el Kv de un motor?
Haga girar el motor sin carga, con la rueda levantada, a una tensión conocida, y mida su velocidad de rotación; el valor Kv es la relación entre estos dos valores. Los controladores ajustables, como el VESC, también pueden deducir este valor a partir de la detección del motor, basándose en el flujo de los imanes.
¿Un valor Kv más alto siempre hace que la patineta eléctrica sea más rápida?
Aumenta la velocidad máxima, pero requiere más corriente para obtener el mismo par motor. Si la batería o el controlador no pueden suministrar la corriente necesaria, el vehículo será más lento al acelerar y podría apagarse. El beneficio real solo se obtiene si todos los componentes del sistema están dimensionados adecuadamente.
¿Por qué los motores de buje tienen tantos polos?
Dado que impulsan la rueda directamente, sin reducción. Un gran número de polos proporciona un alto par motor a baja velocidad en un motor plano y de gran diámetro, lo cual es precisamente lo que se necesita en una rueda.