Kv, Kt ja napojen lukumäärä: kolme keskeistä arvoa, jotka kuvaavat sähkömoottoria
Kaksi saman kokoista moottoria voivat käyttäytyä hyvin eri tavoin: toinen antaa voimakkaan vääntömomentin alussa, mutta saavuttaa nopeasti huippunopeuden, kun taas toinen kiihtyy hitaammin, mutta saavuttaa suuremman kokonaisnopeuden. Ero näkyy kahdessa vakioarvossa, Kv ja Kt, sekä napojen määrässä. Tämä opas selittää nämä arvot ja sisältää päivittäiseen käyttöön hyödyllisiä laskelmia.
Tärkeimmät asiat
- Kv-arvo kertoo, kuinka monta kierrosta minuutissa moottori pyörii voltin periaatteella, kun se on tyhjäkäynnillä.
- Kt-arvo kertoo, kuinka paljon vääntömomenttia moottori tuottaa ampeeria kohti. Se on Kv-arvon käänteisarvo, lukuun ottamatta kerrointa.
- Korkea Kv-arvo antaa nopeutta, kun taas korkea Kt-arvo antaa tehoa: ei voida saada molempia ominaisuuksia samasta moottorista.
- Napojen lukumäärä määrittää virran taajuuden, jonka ohjain tuottaa.
Kv-arvo: kierrosluku volttia kohti
Kv-arvo mitataan kierroksina minuutissa per voltti. Kv 15 -moottori pyörii, ilman kuormitusta ja häviöitä, 15 kierrosta minuutissa jokaista voltia kohden. Täydellä 84 voltin akulla se pyörisi siis parhaimmillaan noin 15 × 84 = 1260 kierrosta minuutissa.
Tämä on maksiminopeus: kuormituksen alaisena akun jännitehäviö, johdot, kelat sekä kitka pienentävät sitä. Tämä selittää, miksi korkeamman jännitteen akku tekee sähköpotkulaudasta nopeamman samalla moottorilla, ja miksi puhutaan kentän heikentämisestä tämän rajan ylittämiseksi.
Sähköpotkulaudan pyöriminen ja nopeus
Napamoottorissa pyörä pyörii moottorin nopeudella. Nopeus kilometreinä tunnissa lasketaan seuraavasti:
`nopeus (km/h) = kierrokset minuutissa × pyörän kehä (m) × 60 ÷ 1 000`
Esimerkki: 1 260 kierrosta minuutissa 0,8 metrin kehän omaavalla pyörällä antaa 1 260 × 0,8 × 60 ÷ 1 000 ≈ 60 km/h, tyhjäkäynnillä ja teoriassa. Todellinen nopeus on alhaisempi.
Kt: Vääntömomentti ampeeria kohti
Kt-arvo mitataan newton-metreissä per ampeeri. Kt-arvoltaan 0,6 Nm:n moottori tuottaa 0,6 N·m vääntömomentin jokaisesta ampeerista virtaa. 100 ampeerin virralla se tuottaa 60 N·m.
Kv ja Kt kuvaavat samaa asiaa kahdesta eri näkökulmasta: magneettien voimakkuutta ja kelojen kierroslukumäärää. Yhdenmukaisilla yksiköillä ne ovat sidoksissa yksinkertaiseen suhteeseen:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt on yksikössä Nm/A, Kv on yksikössä kierrosta minuutissa per voltti)
Kv-arvolla 15 saadaan Kt-arvoksi noin 0,64 N·m/A. Valmistajien mittausmenetelmien mukaan (jännite vaiheiden välillä tai per vaihe, huippu- tai tehollinen arvo), tämä suhde voi vaihdella kertoimella, joka on lähellä 1,2–1,7. Käytä tätä arviona, ei tarkkana lukuna.
Korkea nopeus tai korkea vääntömomentti: sama moottori, mutta eri käämintä
Samalla rungolla ja samoilla magneeteilla, staattorikäämi voidaan tehdä käyttämällä enemmän ohuempia lankoja tai vähemmän paksumpia lankoja.
| Lisää kierroksia (suurempi vääntömomentti) | Vähemmän kierroksia (korkea nopeus) | |
|---|---|---|
| Kv | Alhaisempi arvo: pienempi nopeus per voltti | Korkeampi: enemmän nopeutta per voltti |
| Kt | Ylemmäs: enemmän vääntömomenttia ampeeria kohti | Alhaisempi: vähemmän vääntömomenttia ampeeria kohti |
| Virtavirta samalla vääntömomentilla | Pienempi | Korkeampi |
| Mitä hän vaatii ohjaimelta ja akulta | Vähemmän virtaa | Lisää virtaa |
Samankokoisina, nämä kaksi eri käämitystyyppiä voivat tuottaa verrattavissa olevaa tehoa: toinen saavuttaa sen suuremmalla jännitteellä ja pienemmällä virralla, kun taas toinen päinvastoin. Oikea valinta riippuu akun jännitteestä, siitä, mitä ohjain ja akku pystyvät toimittamaan virran suhteen, sekä käyttötarkoituksesta: kiihtyvyydestä ja ylämäistä, vai huippunopeudesta. Tämä on periaate, jonka mukaan olemme suunnitelleet "High Speed" (korkea nopeus) ja "High Torque" (korkea vääntömomentti) -versiot sähköpotkulautojen moottoreista.
Napaisuudet: sähköinen taajuus
Moottorissa on tietty määrä magneettisia napoja, eli pohjois- ja etelänapaisten magneettien pareja roottorissa. Jokaisella mekaanisella kierroksella virran on suoritettava yhtä monta täyttä sykliä kuin magneettisten napojen pareja on.
`sähköinen taajuus (Hz) = kierrosluku minuutissa ÷ 60 × napojen parien lukumäärä`
Sähköpotkulaudoissa käytettävät napamoottorit (hub motors) sisältävät usein paljon napoja. Tämä antaa niille hyvän vääntömomentin alhaisilla nopeuksilla ilman vaihteistoa. Toisaalta, moottoriohjain (controller) joutuu tuottamaan korkean taajuuden suurilla nopeuksilla, mikä vaatii nopeaa ohjausta ja riittävän korkean kytkentätaajuuden.
Säätöohjelmat, kuten VESC Tool, näyttävät usein nopeuden kierrosluvulla minuutissa (ERPM): tämä on mekaaninen nopeus kerrottuna napojen parien määrällä.
Mitä otetaan huomioon moottorin valinnassa
- Suurin mahdollinen nopeus riippuu Kv-arvosta ja jännitteestä: Kv kerrottuna jännitteellä, ja lisäksi vaikuttaa renkaan koko.
- Vääntömomentti riippuu Kt-arvosta ja siitä virrasta, jonka ohjain voi syöttää moottorille.
- Lämpeneminen riippuu virrasta: moottori, jolla on alhainen Kt-arvo, vaatii enemmän virtaa saman vääntömomentin saavuttamiseksi, joten se lämpenee enemmän samalla vääntömomentilla, ellei se ole suurempi.
- Ohjainlaitteen on seurattava vaihevirtaa ja sähköistä taajuutta.
Usein kysytyt kysymykset
Miten moottorin Kv-arvo määritetään?
Käynnistä moottori ilman kuormitusta, nosta pyörä ylös, ja aseta tunnettu jännite. Mittaa moottorin pyörimisnopeus; Kv-arvo on näiden kahden suhteen. Säädettävät ohjaimet, kuten VESC, laskevat myös Kv-arvon moottorin tunnistuksen yhteydessä, magneettikentän virtausten perusteella.
Ovatko korkeammat Kv-arvot aina merkki siitä, että sähköpotkulauta on nopeampi?
Seuraava asetus nostaa maksiminopeuden, mutta vaatii enemmän virtaa saman vääntömomentin saavuttamiseksi. Jos akku tai ohjain eivät pysty tuottamaan tarpeeksi virtaa, laite voi olla hitaampi kiihdytyksessä ja saattaa jopa sammua. Hyöty on todellinen vain, jos koko järjestelmä on suunniteltu vastaamaan näihin vaatimuksiin.
Miksi napamoottoreissa on niin paljon napoja?
Koska ne ohjaavat pyörää suoraan, ilman vaihteistoa. Suuri napojen määrä tuottaa suuren vääntömomentin alhaisilla nopeuksilla tasaisessa ja suuressa moottorissa, mikä on juuri sitä, mitä pyörässä tarvitaan.