Drehmomentverhältnis zur Drehzahl in einem Gleichstrommotor

Konzeptionell muss man sich das etwas anders überlegen. Die Art und Weise , wie Sie darüber nachdenken , ist wie das Drehmoment in einem Fahrzeug. Ein Auto mit mehr Drehmoment wird schneller beschleunigen und ist mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit verbunden. Mit anderen Worten, Sie drücken auf das Gaspedal, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, und Sie benötigen dafür Drehmoment.

Wenn Sie jedoch über den Zusammenhang zwischen Drehzahl und Drehmoment eines Gleichstrommotors sprechen, müssen Sie anders darüber nachdenken. Bei einem gegebenen Motor mit konstanter Eingangsspannung wird die Drehzahl des Motors durch die Belastung der Motorwelle bestimmt. Bei einer gegebenen Last besteht die einzige Möglichkeit, die Geschwindigkeit zu erhöhen, darin, die Spannung zu erhöhen. Und diese Drehzahlerhöhung erfordert etwas mehr Drehmoment zum Beschleunigen, aber nachdem sie ihre neue Drehzahl erreicht hat, geht das Drehmoment auf ihr ursprüngliches Drehmoment zurück (es sei denn, die Last hängt natürlich von der Drehzahl ab - wie bei einem Lüfter).

Vielleicht ist es eine bessere Möglichkeit für Sie, darüber nachzudenken, anstatt zu sagen: "Drehmoment und Drehzahl in einem Gleichstrommotor sind umgekehrt proportional", sagen Sie: " Für eine bestimmte Spannung sollen Drehmoment und Drehzahl in einem Gleichstrommotor umgekehrt sein proportional." Eine Drehzahl-Drehmoment-Kurve, die Sie auf Datenblättern sehen, gilt nur für die Nennspannung, und der Motor arbeitet mit dieser Kurve. Wenn also das Drehmoment steigt, folgt die Drehzahl dieser Kurve und sinkt.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Dies ist eine stationäre Annäherung an einen Gleichstrommotor, der mit einigen Arten von Gleichstrommotoren ziemlich gut funktioniert (siehe Kommentar von Supercat). Da stationär die Ankerinduktivität$L_a$wird vernachlässigt. Wir haben folgendes:

Für eine konstante Leistung, die an die mechanische Last abgegeben wird, sind Drehmoment und Drehzahl multipliziert miteinander eine Konstante. Das ist die grundlegende Definition von Macht, dh

Macht =$2\pi n T$wobei n die Umdrehungen pro Sekunde und T das Drehmoment ist.

Eine Erhöhung des Drehmoments (und mit Drehmomenterhöhung meine ich die Winkelkraft, die erzeugt wird, wenn die mechanische Last zunimmt) führt natürlich zu einer Verlangsamung des Ankers, wenn die Leistung konstant ist.

"Gleichstrommotor" kann jedoch alles bedeuten, und einige Motoren haben Feldwicklungen, die Effekte vom Typ "Konstantleistung" aufweisen, während andere (mit anderen Feldwicklungen) als Konstantdrehzahlregler und damit für eine Erhöhung des Drehmoments (aufgrund von der Last), bleibt die Geschwindigkeit nahezu konstant.

Andere Arten von Gleichstrommotoren können elektronische Steuerungen haben, die dasselbe tun; Sie erfassen den Strom und erhöhen bei steigendem Strom die Gleichspannung am Anker, wodurch eine nahezu konstante Geschwindigkeit erreicht werden kann.

Ich denke, Sie verwechseln echtes Drehmoment mit der Fähigkeit (oder dem Potenzial), echtes Drehmoment zu liefern. Ohne mechanische Last ist das Drehmoment bis auf die mechanischen Verluste im Motor bedeutungslos.

Die allgemeine Faustregel für gebürstete DC-Maschinen ist

Strom ~= Drehmoment

Spannung ~= (Winkel-)Geschwindigkeit

(Um fair zu sein, folgen fast alle Maschinen dem auch, aber es wird immer weniger proportional und mehr "in irgendeiner Weise verwandt", z. B. Freq)

Sie haben zwei Konstanten (Art von Konstanten), wenn es um elektrische Maschinen geht

Kt & Ke

Ke ist die offene Spannungskonstante mit Einheiten: Volt/W. Dies erzeugt eine Gegen-EMK

Kt ist die Drehmomentkonstante mit der Einheit: Nm/A

Theoretisch ist Ke == Kt, aber Kt wird durch Eiseneigenschaften beeinflusst (daher gibt es zwei).

Der Grund dafür, dass Drehmoment und Drehzahl umgekehrt proportional sind, ist, dass die Fähigkeit, Drehmoment zu erzeugen, mit zunehmender Drehzahl abnimmt.

Der Grund dafür ist, dass die Gegen-EMK der Versorgung entgegenwirkt, die versucht, Strom in den Stator zu zwingen, der ein EM-Drehmoment erzeugt.

Sie haben Recht, dass für eine bestimmte Drehmomentanwendung eine bestimmte Beschleunigung basierend auf der Rotorträgheit und der Lastträgheit erzeugt wird, ABER dieses Drehmoment wird auch mit zunehmender Geschwindigkeit reduziert (Luftwiderstand, Lager usw.). Zwischen einer abnehmenden Fähigkeit, Strom in eine Maschine bei steigender Drehzahl zu zwingen, sowie erhöhten Verlusten bei höherer Drehzahl nimmt die Beschleunigungsrate ab, bis schließlich die Leerlaufdrehzahl erreicht wird (oder eine gewisse Belastungsdrehzahl im Vergleich zum Lastdrehmoment und dem erzeugten Drehmoment). )

Ich stimme zu, dass eine Erhöhung des Drehmoments definitiv die Winkelbeschleunigung erhöht, aber es bedeutet nicht, dass die Geschwindigkeit immer durch Erhöhung des Drehmoments oder der Beschleunigung zunehmen wird. Für eine Erhöhung der Geschwindigkeit sollte das Drehmoment positiv sein (in Richtung der Winkelgeschwindigkeit), nicht notwendigerweise steigend. Angenommen, Winkelgeschwindigkeit = + 50 rad/sec Beispiel 1: Drehmoment1 = +5 Nm, Drehmoment2 = +10 Drehzahlerhöhung in beiden Fällen. Beispiel 2: Drehmoment1 = +5 Nm, Drehmoment2 = +3 Die Drehzahl steigt auch nach abnehmendem Drehmoment noch an, aber definitiv mit einer geringeren Rate.

Beispiel 3: Drehmoment1 = -5 Nm, Drehmoment2 = -10 Drehzahlabnahme in beiden Fällen. Beispiel 4: Drehmoment1 = -5 Nm, Drehmoment2 = -3 Drehzahl nimmt auch nach Erhöhung des Drehmoments immer noch ab, aber definitiv mit einer geringeren Rate.

In allen Beispielen wird angenommen, dass die Winkelgeschwindigkeit positiv ist.

Ich denke also, Sie haben Zweifel an der grundlegenden Dynamik, nicht an der Maschine.

Jede Antwort, die zu leugnen scheint, dass die Beschleunigung proportional zum Drehmoment ist oder dass die Leistung nicht proportional zur Geschwindigkeit ist, ist einfach Unsinn. Es gibt hier Antworten, die das zu leugnen scheinen, die aber in eine raffinierte (= falsche Weisheits-) Sprache gekleidet sind. Seien wir also einfach. Wenn Sie das Drehmoment erhöhen, erhöhen Sie die Drehzahl, WENN Sie die Last nicht erhöhen. Wichtig zu beachten ist, dass es bei Elektromotoren eine Gegen-EMK gibt (ein Motor ist auch ein Generator), die mit der Drehzahl zunimmt und die Effektivspannung und damit den Strom und damit das Drehmoment begrenzt. Aber mehr Drehmoment? Mehr Geschwindigkeit. Siehe Isaac Newton.

Ich denke, dass das Lastdrehmoment für den stationären Betrieb gleich dem Motordrehmoment sein muss. Wenn die Last für den Gleichstrommotor (Shunt) erhöht wird, steigt der Strom. Auf andere Weise können Sie jetzt sagen, wenn der aufgenommene Strom zunimmt, steigt das Motordrehmoment. Wenn die Last zunimmt, nimmt die Motordrehzahl ab und stabilisiert sich bei einer Drehzahl, die niedriger als der vorherige Wert ist, und daher können Sie sagen, dass mit zunehmender Last die Stromaufnahme zunimmt, aber die Drehzahl abnimmt. Sie können also schließen, wenn die Last (Lastdrehmoment) zunimmt → das Motordrehmoment zunimmt, aber gleichzeitig die Drehzahl abnimmt, da das Lastdrehmoment größer als das Motordrehmoment wird.