Kv, Kt i broj polova: tri brojke koje opisuju elektromotor
Dva motora iste veličine mogu se ponašati vrlo različito: jedan snažno vuče pri pokretanju, ali brzo doseže limit, drugi ubrzava slabije, ali postiže veću brzinu. Razlika se iščitava iz dvije konstante, Kv i Kt, te iz broja polova. Ovaj vodič ih objašnjava, uz izračune korisne u svakodnevnoj upotrebi.
Osnove
- Kv označava koliko okretaja u minuti motor napravi po voltu, u praznom hodu.
- Kt označava koliko okretnog momenta motor proizvodi po amperu. On je recipročan Kv-u, uz određeni faktor.
- Visoki Kv daje brzinu, visoki Kt daje snagu: ne možete imati oboje kod istog motora.
- Broj polova određuje frekvenciju struje koju kontroler mora proizvesti.
Kv: brzina po voltu
Kv se mjeri u okretajima u minuti po voltu. Motor s Kv 15 vrti se, u praznom hodu i bez gubitaka, 15 okretaja u minuti za svaki primijenjeni volt. Na bateriji od 84 V pri punom naboju, vrtio bi se u najboljem slučaju oko 15 × 84 = 1.260 okretaja u minuti.
To je maksimalna brzina: pod opterećenjem, pad napona u bateriji, kabelima i namotajima, kao i trenje, smanjuju je. To objašnjava zašto baterija višeg napona čini romobil bržim s istim motorom i zašto govorimo o defluksiranju (field weakening) kako bismo premašili taj limit.
Od rotacije do brzine romobila
Kod motora u glavčini, kotač se vrti brzinom motora. Brzina u kilometrima na sat izračunava se ovako:
brzina (km/h) = okretaji u minuti × opseg kotača (m) × 60 ÷ 1.000
Primjer: 1.260 okretaja u minuti na kotaču opsega 0,8 m daje 1.260 × 0,8 × 60 ÷ 1.000 ≈ 60 km/h, u praznom hodu i teoretski. Stvarna brzina bit će niža.
Kt: okretni moment po amperu
Kt se mjeri u njutn-metrima po amperu. Motor s Kt 0,6 proizvodi 0,6 N·m za svaki amper fazne struje. Sa 100 A, proizvodi 60 N·m.
Kv i Kt opisuju istu stvar gledanu s dvije strane: snagu magneta i broj zavoja namotaja. S dosljednim jedinicama, povezani su jednostavnim odnosom:
Kt ≈ 9,55 ÷ Kv (Kt u N·m/A, Kv u okretajima u minuti po voltu)
S Kv od 15, dobivamo Kt od oko 0,64 N·m/A. Ovisno o konvencijama mjerenja proizvođača (napon između faza ili po fazi, vršna ili efektivna vrijednost), ovaj odnos može varirati za faktor blizak 1,2 do 1,7: koristite ovo kao red veličine, a ne kao točnu vrijednost.
High Speed ili High Torque: isti motor, drugačije namotan
Za isto kućište i iste magnete, stator se može namotati s više zavoja tanke žice ili manje zavoja debele žice.
| Više zavoja (High Torque) | Manje zavoja (High Speed) | |
|---|---|---|
| Kv | Niži: manje brzine po voltu | Viši: više brzine po voltu |
| Kt | Viši: više okretnog momenta po amperu | Niži: manje okretnog momenta po amperu |
| Struja za isti okretni moment | Niža | Viša |
| Što zahtijeva od kontrolera i baterije | Manje struje | Više struje |
Iste veličine, oba namotaja mogu proizvesti usporedivu snagu: jedan je postiže s više napona i manje struje, drugi obrnuto. Pravi izbor ovisi o naponu baterije, o tome što kontroler i baterija mogu isporučiti u smislu struje, te o namjeni: ubrzanja i uzbrdice ili maksimalna brzina. To je logika High Speed i High Torque verzija naših motora za električne romobile.
Polovi: električna frekvencija
Motor ima određeni broj parova magnetskih polova, odnosno parova sjevernih i južnih magneta na rotoru. Pri svakom mehaničkom okretaju, struja mora napraviti onoliko punih ciklusa koliko ima parova polova.
električna frekvencija (Hz) = okretaji u minuti ÷ 60 × broj parova polova
Motori u glavčini romobila imaju mnogo polova: to im daje okretni moment pri malim brzinama bez redukcije. Zauzvrat, kontroler mora proizvesti visoku frekvenciju pri velikim brzinama, što zahtijeva brzu kontrolu i dovoljnu frekvenciju prebacivanja.
Softveri za podešavanje, poput VESC Tool, često prikazuju brzinu u električnim okretajima u minuti (ERPM): to je mehanička brzina pomnožena s brojem parova polova.
Što zapamtiti pri odabiru motora
- Maksimalna brzina ovisi o Kv i naponu: Kv × napon, zatim kotač.
- Okretni moment ovisi o Kt i faznoj struji koju kontroler može poslati.
- Zagrijavanje ovisi o struji: motor s niskim Kt zahtijeva više struje za isti okretni moment, stoga se više zagrijava pri istom okretnom momentu ako nije veći.
- Kontroler mora pratiti faznu struju i električnu frekvenciju.
Česta pitanja
Kako izmjeriti Kv svog motora?
Zavrtite motor u praznom hodu, s podignutim kotačem, pri poznatom naponu i izmjerite brzinu vrtnje; Kv je omjer ta dva. Podesivi kontroleri poput VESC-a također ga izvode iz detekcije motora, na temelju magnetskog toka.
Čini li viši Kv romobil uvijek bržim?
Podiže maksimalnu brzinu, ali zahtijeva više struje za isti okretni moment. Ako baterija ili kontroler ne mogu pratiti struju, stroj će biti sporiji pri ubrzavanju i može se ugasiti. Dobitak je stvaran samo ako je cijeli sustav pravilno dimenzioniran.
Zašto motori u glavčini imaju toliko polova?
Zato što pokreću kotač izravno, bez redukcije. Mnogo polova daje snažan okretni moment pri malim brzinama u ravnom motoru velikog promjera, upravo ono što je potrebno u kotaču.