Kv, Kt in število polov: tri številke, ki opisujejo elektromotor
Dva motorja enake velikosti se lahko obnašata zelo različno: eden močno potegne ob zagonu, a hitro doseže mejo, drugi pospešuje počasneje, a doseže višjo končno hitrost. Razlika je razvidna iz dveh konstant, Kv in Kt, ter števila polov. Ta vodnik jih pojasnjuje skupaj z izračuni, ki so uporabni v vsakdanjem življenju.
Bistvo
- Kv označuje, koliko obratov na minuto motor opravi na volt v prostem teku.
- Kt označuje, koliko navora motor proizvede na amper. Je obratna vrednost Kv, do faktorja natančno.
- Visok Kv pomeni hitrost, visok Kt pomeni moč: pri istem motorju ne morete imeti obojega.
- Število polov določa frekvenco toka, ki ga mora proizvesti krmilnik.
Kv: hitrost na volt
Kv se meri v obratih na minuto na volt. Motor s Kv 15 se v prostem teku in brez izgub vrti s 15 obrati na minuto za vsak doveden volt. Pri polno napolnjeni 84 V bateriji bi se torej vrtel z največ približno 15 × 84 = 1260 obrati na minuto.
To je zgornja meja hitrosti: pod obremenitvijo jo zmanjšajo padec napetosti v bateriji, kablih in navitjih ter trenje. To pojasnjuje, zakaj je skiro z baterijo višje napetosti hitrejši z istim motorjem in zakaj govorimo o oslabitvi polja (field weakening) za preseganje te meje.
Od vrtenja do hitrosti skiroja
Pri motorju v pestu se kolo vrti z hitrostjo motorja. Hitrost v kilometrih na uro se izračuna takole:
hitrost (km/h) = obrati na minuto × obseg kolesa (m) × 60 ÷ 1000
Primer: 1260 obratov na minuto na kolesu z obsegom 0,8 m pomeni 1260 × 0,8 × 60 ÷ 1000 ≈ 60 km/h, v prostem teku in teoretično. Dejanska hitrost bo nižja.
Kt: navor na amper
Kt se meri v njutonmetrih na amper. Motor s Kt 0,6 proizvede 0,6 N·m za vsak amper faznega toka. S 100 A proizvede 60 N·m.
Kv in Kt opisujeta isto stvar z dveh zornih kotov: moč magnetov in število ovojev navitij. S skladnimi enotami sta povezana s preprostim razmerjem:
Kt ≈ 9,55 ÷ Kv (Kt v N·m/A, Kv v obratih na minuto na volt)
S Kv 15 dobimo Kt približno 0,64 N·m/A. Glede na merilne konvencije proizvajalcev (napetost med fazami ali po fazi, vršna ali efektivna vrednost) se lahko to razmerje razlikuje za faktor med 1,2 in 1,7: uporabite ga kot red velikosti, ne kot natančno vrednost.
High Speed ali High Torque: isti motor, drugače navit
Za isto ohišje in iste magnete lahko stator navijemo z več ovoji tanjše žice ali manj ovoji debelejše žice.
| Več ovojev (High Torque) | Manj ovojev (High Speed) | |
|---|---|---|
| Kv | Nižji: manjša hitrost na volt | Višji: večja hitrost na volt |
| Kt | Višji: več navora na amper | Nižji: manj navora na amper |
| Tok za enak navor | Manjši | Večji |
| Zahteve za krmilnik in baterijo | Manj toka | Več toka |
Pri enaki velikosti lahko obe navitji proizvedeta primerljivo moč: eno jo doseže z višjo napetostjo in manjšim tokom, drugo obratno. Prava izbira je odvisna od napetosti baterije, od tega, koliko toka lahko zagotovita krmilnik in baterija, ter od uporabe: pospeševanje in klanci ali končna hitrost. To je logika različic High Speed in High Torque naših motorjev za električne skiroje.
Poli: električna frekvenca
Motor ima določeno število parov magnetnih polov, torej parov severnih in južnih magnetov na rotorju. Pri vsakem mehanskem obratu mora tok opraviti toliko celotnih ciklov, kolikor je parov polov.
električna frekvenca (Hz) = obrati na minuto ÷ 60 × število parov polov
Motorji v pestu za skiroje imajo veliko polov: to jim daje navor pri nizkih hitrostih brez reduktorja. V zameno mora krmilnik pri visokih hitrostih proizvesti visoko frekvenco, kar zahteva hitro krmiljenje in zadostno frekvenco preklapljanja.
Programska oprema za nastavitve, kot je VESC Tool, pogosto prikazuje hitrost v električnih obratih na minuto (ERPM): to je mehanska hitrost, pomnožena s številom parov polov.
Kaj si zapomniti pri izbiri motorja
- Najvišja hitrost je odvisna od Kv in napetosti: Kv × napetost, nato kolo.
- Navor je odvisen od Kt in faznega toka, ki ga lahko pošlje krmilnik.
- Segrevanje je odvisno od toka: motor z nizkim Kt zahteva več toka za enak navor, zato se pri enakem navoru bolj segreje, če ni večji.
- Krmilnik mora slediti faznemu toku in električni frekvenci.
Pogosta vprašanja
Kako izmeriti Kv svojega motorja?
Motor zavrtite v prostem teku, s dvignjenim kolesom, pri znani napetosti in izmerite hitrost vrtenja; Kv je razmerje med obema. Nastavljivi krmilniki, kot je VESC, ga prav tako izpeljejo iz zaznavanja motorja na podlagi magnetnega pretoka.
Ali višji Kv vedno pomeni hitrejši skiro?
Poveča zgornjo mejo hitrosti, vendar zahteva več toka za enak navor. Če baterija ali krmilnik ne sledita s tokom, bo stroj počasnejši pri pospeševanju in se lahko izklopi. Pridobitev je realna le, če je celotna veriga ustrezno dimenzionirana.
Zakaj imajo motorji v pestu toliko polov?
Ker poganjajo kolo neposredno, brez reduktorja. Veliko polov zagotavlja močan navor pri nizkih hitrostih v ploščatem motorju velikega premera, kar je točno tisto, kar potrebujete v kolesu.