Höherer KV bedeutet niedrigeres Drehmoment für Gleichstrommotoren?

Es kann schwierig sein, über Motoren nachzudenken, da es so viele Variablen gibt. Analysieren wir also einen Motor und halten Drehzahl, Drehmoment und Leistung konstant.

Nehmen wir an, es hat zwei separate identische Wicklungen. Jede Wicklung trägt aus Gründen der Argumentation 1A und 10V. Wenn wir diese nun in Reihe schalten, beträgt die elektrische Versorgung des Motors 20 V 1 A. Wenn wir sie parallel schalten, beträgt die Versorgung 10 V 2 A.

Beide Wicklungen erhalten genau die gleiche Leistung, und der Motor liefert genau die gleiche Drehzahl und das gleiche Drehmoment, aber die Spannung und der Strom an den Klemmen sind unterschiedlich. In beiden Fällen ist die elektrische Leistung zum Motor gleich.

Wir könnten die beiden parallelen Wicklungen als eine einzige Wicklung mit doppelter Fläche betrachten. Tatsächlich werden einige Motoren mit mehreren parallelen Strängen gewickelt, da dies einfacher ist als die Verwendung eines einzelnen dicken Drahtes.

Wir können sehen, dass sich die Drehzahlkonstante und die Drehmomentkonstante in genau gleicher Weise ändern, wenn wir den im Motor verfügbaren Wicklungsraum entweder mit vielen Windungen feinen Drahtes oder einigen Windungen dicken Drahtes füllen.

Beachten Sie, dass der Wärmeverlust in unseren beiden Wicklungen genau gleich ist, egal ob wir sie in Reihe oder parallel schalten. So ist auch der Wirkungsgrad des Motors gleich, ob mit vielen dünnen oder wenigen dicken Windungen gewickelt. Alles, was zählt, ist die Größe des Motors, um den Draht aufzunehmen, und die Leistung, mit der Sie ihn betreiben möchten.

Die meisten Leute passen die Geschwindigkeit, Leistung und das Gewicht des Motors an ihr Fahrzeug an und wählen dann einen KV, um eine Klemmenspannung bei dieser Geschwindigkeit zu erhalten, die zu einem geeigneten Controller und einer geeigneten Batterie passt, nicht umgekehrt.

Diese Seite ist irreführend, ein Motor, der für niedrige Drehzahlen/V gewickelt ist (auch als KV bekannt), hat kein größeres oder geringeres Drehmomenthandling als derselbe Motor, der für hohe Drehzahlen/V gewickelt ist. Der wirkliche Unterschied besteht darin, dass der Motor mit niedriger Drehzahl/V mehr Spannung bei proportional weniger Strom (gleiche Leistung) benötigt, um eine bestimmte Last mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu drehen. Der Wirkungsgrad, das maximale Drehmoment und die maximale Leistung sind bei beiden Motoren immer noch gleich.
Das Ersetzen eines Motors mit hoher Drehzahl/V durch einen ansonsten identischen Motor mit niedriger Drehzahl/V erhöht das Drehmoment nur, wenn das System durch den maximalen Strom, den der Motortreiber an den Motor mit hoher Drehzahl/V liefern kann, einen Engpass aufweist.

Dünnere Wicklungen in den Motorwicklungen bedeuten zwar einen höheren Widerstand, aber dies gleicht sich durch die geringere Stromaufnahme aus. Stellen Sie sich zum Beispiel einen Motor vor, der mit 8 Windungen von 2 mm² Draht für jeden Statorpol gewickelt ist. Derselbe Motor, aber auf die Hälfte des U/min/V-Werts gewickelt, hätte stattdessen 16 Windungen von 1 mm^2-Draht. Ja, die Drahtfläche wird halbiert, sodass Sie den doppelten Widerstand pro Windung erhalten, aber Sie haben auch mehr Windungen, da der Draht doppelt so lang ist (16 Windungen gegenüber 8). Somit hätte der Motor mit 16 Umdrehungen die Hälfte der Drehzahl/V und den 4-fachen Widerstand.

Das ist nicht so schlimm, wie es scheint. Der Motor mit 8 Umdrehungen muss doppelt so viel Strom ziehen wie der Motor mit halber U/min/V und 16 Umdrehungen, um das gleiche Drehmoment zu erzeugen. Die Verdoppelung des Stroms, der durch den Wicklungswiderstand fließt, erhöht die Widerstandsverluste um das Vierfache (P = I^2 *R), während der Motor mit ½ U/min/V den vierfachen Wicklungswiderstand hat und nur die Hälfte des Stroms liefern muss, bedeutet dass beide Motoren die gleiche ohmsche Verlustleistung haben. Beide Motoren verbrauchen auch die gleiche Menge an elektrischer Energie, um eine Last mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu drehen: Da die elektrische Energie einfach das Produkt aus Spannung und Strom ist, muss der Motor mit 8 Umdrehungen den doppelten Strom ziehen, aber mit der Hälfte der Spannung , was zu demselben Stromverbrauch führt.

Sie erhalten eine leichte Effizienz oder Gewichtszunahme durch die Verwendung eines Systems mit höherer Spannung, jedoch nicht dank Motoren. Indem Sie die Spannung verdoppeln, halbieren Sie den Strom, sodass Sie die Querschnittsfläche aller Kabel zwischen den Komponenten um drei Viertel reduzieren können, während Sie die gleiche Menge an Widerstandsverlusten in diesen Kabeln beibehalten.

Die Geschwindigkeitskonstante,$K_V$, und die Drehmomentkonstante,$K_T$, sind gleich - Sie können dies sehen, wenn Sie die Motor- und Generatorgleichungen für beispielsweise einen PM-Gleichstrommotor untersuchen:

Wo:$T$das vom Motor erzeugte Drehmoment ist;$E$ist 'Back-EMK'$B$die Flussdichte ist;$l$ist die Länge des Leiters im Magnetfeld;$r$ist der Radius des Ankers;$i$Ankerstrom ist; Und$\omega$Winkelgeschwindigkeit in ist$rad\:s^{-1}$