Kv, Kt și numărul de poli: cele trei valori care descriu un motor electric
Doi motoare de aceeași dimensiune pot avea performanțe foarte diferite: unul oferă o accelerație puternică la început, dar atinge rapid viteza maximă, în timp ce celălalt accelerează mai lent, dar atinge o viteză mai mare. Diferența se reflectă în două constante, Kv și Kt, și în numărul de poli. Acest ghid explică aceste concepte, împreună cu calculele utile pentru utilizarea de zi cu zi.
Esentialul
- Valoarea Kv indică numărul de rotații pe minut pe care motorul le efectuează per volt, în condiții de funcționare fără sarcină.
- Valoarea Kt indică cuplul produs de motor per amper. Este inversul valorii Kv, cu o diferență de factor.
- Un Kv ridicat oferă viteză, în timp ce un Kt ridicat oferă putere: nu se pot obține ambele caracteristici pentru același motor.
- Numărul de poli determină frecvența curentului pe care controlerul trebuie să o genereze.
Kv: reprezintă viteza în rotații pe volt
Valoarea Kv se măsoară în rotații pe minut per volt. Un motor cu un Kv de 15 se rotește, în condiții ideale, cu 15 rotații pe minut pentru fiecare volt aplicat. Astfel, pe o baterie încărcată la 84 V, acesta ar atinge, teoretic, o viteză maximă de aproximativ 15 × 84 = 1260 de rotații pe minut.
Este o limită de viteză: în condiții de încărcare, scăderea de tensiune din baterie, cabluri și bobinaje, precum și frecările, o reduc. Aceasta explică de ce o baterie cu o tensiune mai mare face ca o trotinetă să fie mai rapidă, având același motor, și de ce se vorbește despre reducerea fluxului magnetic pentru a depăși această limită.
De la rotație la viteza trotinetelor
Pentru un motor în butuc, roata se rotește la viteza motorului. Viteza în kilometri pe oră se calculează astfel:
`viteză (km/h) = rotații pe minut × circumferința roții (m) × 60 ÷ 1000`
Exemplu: 1260 de rotații pe minut pe o roată cu o circumferință de 0,8 metri rezultă în 1260 × 0,8 × 60 ÷ 1000 ≈ 60 km/h, în condiții ideale și teoretic. Viteza reală va fi mai mică.
Kt: cuplul per amper
Valoarea Kt se măsoară în newtoni-metri pe amper. Un motor cu un Kt de 0,6 produce 0,6 N·m pentru fiecare amper de curent de fază. Cu 100 de amperi, acesta produce 60 N·m.
Kv și Kt descriu același lucru, dar din două perspective diferite: forța magneților și numărul de spire ale bobinajelor. Cu unități de măsură coerente, ele sunt legate printr-o relație simplă:
`Kt ≈ 9,55 ÷ Kv` (Kt în N·m/A, Kv în rotații pe minut per volt)
Cu un Kv de 15, se obține un Kt de aproximativ 0,64 N·m/A. În funcție de convențiile de măsurare ale producătorilor (tensiune între faze sau per fază, valoare de vârf sau eficientă), această relație poate varia de un factor cuprins între 1,2 și 1,7: utilizați aceste valori ca o estimare generală, nu ca valori exacte.
Viteză mare sau cuplu mare: același motor, dar cu o configurație diferită a bobinajului
Pentru aceeași carcasă și aceiași magneți, se poate bobina statorul fie cu mai multe spire de fir subțire, fie cu mai puține spire de fir gros.
| Mai multe spire (cuplu motor mai mare) | Mai puține spire (viteză mare) | |
|---|---|---|
| Kv | Mai jos: viteză mai mică per volt | Mai sus: viteză mai mare per volt |
| Kt | Mai sus: mai mult cuplu per amper | Mai jos: cuplu mai mic per amper |
| Curentul necesar pentru a obține același cuplu | Mai mic | Mai mare |
| Ce pe care îl solicită de la controler și de la baterie | Mai puțin curent | Mai mult curent |
La dimensiuni egale, cele două tipuri de bobinaj pot produce o putere comparabilă: unul obține această putere cu o tensiune mai mare și un curent mai mic, iar celălalt, invers. Alegerea potrivită depinde de tensiunea bateriei, de ceea ce controlerul și bateria pot furniza în termeni de curent, și de utilizare: accelerații și urcări în pantă, sau viteză maximă. Acesta este principiul din spatele versiunilor High Speed și High Torque ale motoarelor noastre pentru trotinete electrice .
Poli: frecvența electrică
Un motor are un anumit număr de perechi de poli magnetici, adică perechi de magneți nord și sud pe rotor. La fiecare rotație mecanică, curentul electric trebuie să efectueze un număr de cicluri complete egal cu numărul de perechi de poli.
`frecvența electrică (Hz) = rotații pe minut ÷ 60 × numărul de perechi de poli`
Motoarele cu bucșă pentru trotinete au un număr mare de poli: acesta este factorul care le oferă cuplu la viteze mici, fără a necesita un sistem de reducere. În schimb, controlerul trebuie să producă o frecvență ridicată la viteze mari, ceea ce necesită o comandă rapidă și o frecvență de comutare suficient de mare.
Software-urile de reglare, precum VESC Tool, afișează adesea viteza în rotații electrice pe minut (ERPM): aceasta este viteza mecanică înmulțită cu numărul de perechi de poli.
Ce trebuie să luăm în considerare atunci când alegem un motor
- Viteza maximă depinde de valoarea Kv și de tensiune: produsul dintre Kv și tensiune, apoi de dimensiunea roții.
- Cuplul depinde de valoarea Kt (constantă de timp) și de curentul pe care controlerul îl poate furniza fazelor motorului.
- Încălzirea depinde de curent: un motor cu un coeficient Kt scăzut necesită mai mult curent pentru același cuplu, deci se încălzește mai mult la același cuplu, dacă nu este mai mare.
- Controlerul trebuie să monitorizeze curentul de fază și frecvența electrică.
Întrebări frecvente
Cum se măsoară valoarea Kv a motorului?
Rulați motorul fără sarcină, cu roata ridicată, la o tensiune cunoscută, și măsurați viteza sa de rotație. Valoarea Kv este raportul dintre tensiune și viteza de rotație. Controlerele reglabile, precum VESC, pot deduce această valoare și din procesul de detectare a motorului, pe baza fluxului magnetic.
Un Kv mai mare face întotdeauna trotineta mai rapidă?
Crește viteza maximă, dar necesită un curent mai mare pentru același cuplu. Dacă bateria sau controlerul nu pot furniza suficient curent, vehiculul va fi mai lent la accelerare și se poate opri. Beneficiul este real doar dacă întregul sistem este dimensionat corespunzător.
De ce motoarele cu hub (axiale) au atât de mulți poli?
Deoarece antrenează roata direct, fără reductie. Un număr mare de poli oferă un cuplu ridicat la viteze mici într-un motor plat și de diametru mare, exact ceea ce este necesar pentru o roată.