Berechnen Sie die Stromversorgung auf Entfernung

Ich muss 12 V DC an bürstenlose DC-Motoren liefern, die 12 V 30 A in einer Entfernung von 30 m von der Quelle benötigen.

Die Kabel, die ich verwenden kann, sind 20 Gauge , ich weiß, dass die Kabel an Leistung verlieren, wie kann ich die Leistung berechnen, die ich von der Quelle zum Motorkabel in V DC und Strom liefern muss, die ich in einer Entfernung von 30 m bereitstellen muss von den Motoren?

Alle bisherigen Antworten sagen, dass es unmöglich ist. Sie sagen, dass Sie 20-Gauge-Kabel verwenden können. Können Sie Dutzende von 20-Gauge-Kabeln parallel verwenden? Das macht dies plausibler, aber immer noch unpraktisch gegenüber dem Senden einer Hochspannung über die Kabel und dem Herunterschalten auf 12 V am Ende.

Antworten (3)

20-Gauge-Draht hat einen Widerstand von ca 33.31 M Ω / M . Für ein 20-Meter-Kabel ist es effektiv ein Widerstand 33.31 Ω M ⋅ 20 M ≈ 1 Ω . Deine Schaltung ist diese:

schematisch

Sie möchten 30 A durch den Motor, und da dies eine Reihenschaltung ist, bedeutet dies auch 30 A durch R1 und R2. Der Spannungsabfall an einem Widerstand ergibt sich aus dem Ohmschen Gesetz: Spannung gleich Strom mal Widerstand:

v R 1 = 30 A ⋅ 1 Ω = 30 v

Sie verlieren also 30 V in R1 und weitere 30 V in R2, sodass Sie 60 V plus die am Motor erforderliche Spannung benötigen, um 30 A zu erhalten. Schlimmer noch, Leistung ist gleich dem Produkt aus Spannung und Strom. Wir wissen, dass die Spannung an R1 30 V und der Strom 30 A beträgt, also beträgt der Leistungsverlust im Kabel:

P R 1 = 30 A ⋅ 30 v = 900 W

Zum Vergleich: Eine typische Elektroheizung hat etwa 1000 W. Sie haben zwei Drähte, sodass Ihre Gesamtverluste 1800 W betragen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass Sie einen Leistungsschalter auslösen, wenn Sie auf magische Weise verhindern können, dass die Drähte in Flammen aufgehen, und wir haben noch nicht einmal den Motor eingeschaltet.

Es gibt zwei offensichtliche Lösungen:

  • die Drähte kürzer machen
  • Machen Sie die Drähte dicker

Wenn Sie beides nicht tun können, gibt es eine weniger offensichtliche Lösung:

  • Halten Sie die Leistung gleich, indem Sie die Spannung erhöhen und den Strom verringern

Das ist die Lösung, die das Elektrizitätsunternehmen verwendet, um große Verluste bei der Stromübertragung zu vermeiden. Wenn Sie die beiden vorherigen Gleichungen kombinieren, sehen Sie, dass die Leistung durch einen festen Widerstand allein durch den Strom berechnet werden kann:

P = ICH 2 R

12V bei 30A sind 360W. 360 V bei 1 A sind auch 360 W und können theoretisch die gleiche mechanische Leistung an Ihrem Motor erzeugen. Aber die Verluste in Ihren Drähten werden viel geringer sein, indem Sie die Verluste minimieren ICH 2 Begriff oben.

Suchen Sie dazu nach einem Motor, der mit einer höheren Spannung arbeitet, oder platzieren Sie einen Mechanismus zum Umwandeln der Spannung in der Nähe des Motors.

Das ist nicht möglich. Das Problem ist, dass es einen Spannungsabfall über den Drähten geben wird. Sie müssen ein Netzteil mit einer höheren Ausgangsspannung verwenden. Diese Berechnung zeigt, wie viel Volt Sie benötigen:

Sie müssen den Widerstand der Kabel berechnen. Wenn Sie wissen, wie viel Widerstand 1 m Kabel hat, können Sie den Gesamtwiderstand berechnen, indem Sie mit 2 * 30 multiplizieren. Sie können hier sehen, dass 20Gauge einen Widerstand von 33,31 Ohm pro Kilometer hat, also 0,03331 pro Meter. Daher:

R C A B l e S = 0,03331 ⋅ 60 = 1,9986 Ω

Danach:

R M Ö T Ö R = U ICH = 12 30 = 0,4 Ω

R T Ö T A l = R M Ö T Ö R + R C A B l e S = 0,4 + 1,9986 = 2,3986 Ω

U = ICH ⋅ R T Ö T A l = 30 ⋅ 2,3986 = 71.958 v

Sie sehen, das ist ziemlich viel. Ich würde Ihnen empfehlen, das Netzteil in der Nähe des Motors zu platzieren oder größere Drähte zu verwenden.

Obwohl dies nicht Teil der ursprünglichen Frage ist, würden die Kabel selbst bei einer Erhöhung der Spannung ungefähr 80% der erforderlichen Gesamtleistung verbrauchen. Etwa 4-mal mehr als der Motor selbst oder etwa 1.400 Watt! Es ist zwar sehr schwer zu berechnen, wie heiß das Kabel werden würde, aber ich denke, man kann mit Sicherheit sagen, dass es sehr heiß werden würde und leicht ein Brandrisiko darstellen könnte. Die Stromversorgung in der Nähe des Motors anzubringen und dicke Kabel zu verwenden, ist die richtige Lösung.
+1 für "größere Drähte verwenden". Laut der von Ihnen zitierten Tabelle ist 20 Gauge sowieso nicht für 30 Ampere ausgelegt. Wechseln Sie zu 10-Gauge-Draht (oder dicker), und das Ergebnis sieht viel vernünftiger aus. (Ps. Als ich diese Antwort zum ersten Mal sah, versuchte ich herauszufinden, wo der Rechenfehler lag, da das Ergebnis einfach zu absurd aussah, um wahr zu sein. Natürlich gibt es keinen, es sind nur die vom OP angegebenen Parameter sind zunächst absurd.)
Beides sehr wahr! Kleiner Hinweis zur Verdeutlichung: Schalten Sie auf mindestens 10 Gauge um, bedeutet nicht mehr als 10.
Danke! Ich verwende tatsächlich ein spezielles Silikonkabel, damit es nicht brennt. Ich habe andere Einschränkungen, die erfordern, dass ich ein 20-Gauge-Kabel verwende. Aber was ist mit dem Strom?
@Danpe: 30 Ampere sind 30 Ampere. Wenn Ihr Motor so viel benötigt, müssen Sie das liefern. Aber im Ernst, egal welche Art von magischer Isolierung Sie haben, ich würde dringend empfehlen, einen Weg zu finden, einen Draht mit geringerem Widerstand zu verwenden, selbst wenn es nur für einen Teil der Entfernung ist. Bei 30 Ampere in beide Richtungen geben Ihre 33-mΩ/m-Drähte etwa 2 Watt Wärme pro Meter ab. Das ist kein Stromkabel, das ist ein Heizelement.
Es spielt keine Rolle, welche Art von Isolierung Sie haben, Ihre Stromdichte beträgt fast 60 A/mm^2. Das ist eine Menge! Es würde mich nicht wundern, wenn der Draht fast sofort ausfällt. Ich versuche im Allgemeinen, die Stromdichte etwa zehnmal geringer als diesen Betrag zu halten (4 bis 6 A/mm^2).
Und was ist mit dem Brushless-Controller? Ist es im Motor integriert oder was? Ihre Einschränkungen erinnern mich wirklich an bürstenlose Motoren, die in Flugmodellen verwendet werden, aber die Entfernungen sind viel geringer. Vielleicht können Sie die Leistung bei höherer Spannung übertragen, wodurch der Strom reduziert wird, und einen Abwärtsschaltregler in der Nähe des Motors platzieren.
Das wäre die Antwort, wenn ein Austausch der Versorgung nicht möglich ist, ja. Phil erwähnt es in seiner Antwort.

Alle bisherigen Antworten vergessen die Tatsache, dass der Motor (wahrscheinlich) nominal 30 A verbraucht. Aber mit variierender mechanischer Belastung wird die Spannung am Motorende mit diesen dünnen Drähten stark variieren. Beide Antworten liegen bisher im gleichen Bereich von 60-70 V für die Stromversorgung. Nehmen wir also der Argumentation halber an, dass beide Berechnungen korrekt sind. Dies bedeutet, dass bei abnehmender mechanischer Belastung (und damit Strom) die Spannung am Motor von 12 V Nennspannung auf bis zu 70 V im ungünstigsten Fall ansteigen kann. Dies wirkt sich dramatisch auf die erwartete Lebensdauer des Motors aus.

Ich glaube nicht, dass eine der beiden Antworten darauf hindeutet, dass ein 70-V-Netzteil die Lösung ist. Die Lebensdauer des Motors unter solchen Bedingungen ist eher ein strittiger Punkt, da die Stromkabel zu ihm in Flammen aufgegangen wären, bevor er überhaupt auf Drehzahl kommen könnte.
@PhilFrost Sie haben Recht, und ich stimme voll und ganz zu, dass es aus ihrer Sicht auch keine praktikable Lösung ist. Ich wollte nur darauf hinweisen, dass bei Implementierung der Hochspannungslösung ein völlig anderes Problem mit Lastschwankungen auftreten würde.
Berechnen Sie die Stromversorgung auf Entfernung
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v