Bezüglich: Wie kann man Drehmoment und Drehzahl eines Gleichstrommotors verbessern?
Basierend auf der akzeptierten Antwort auf die Frage … in Abschnitt Nr. 1, Drehzahl des Motors in Bezug auf Magnetstärke, würde dies funktionieren?
Da die Drehzahl je nach Magnetstärke variiert, was wäre, wenn sich die Magnete in einem offenen Rahmen befänden, wobei jeder Magnet an einer Seite mit einer Spreizschraube an der gegenüberliegenden Seite angelenkt wäre. Wenn der Motor mit einer auf X Volt eingestellten Stromversorgung betrieben würde, würde sich die Drehzahl anscheinend erhöhen, wenn Sie die Spreizschraube so drehen, dass sich die Magnete wie eine Muschelschale vom Anker weg öffnen (wodurch ihre Stärke aufgrund des Abstands relativ zum Magneten verringert wird). Anker). Ich bin mir nicht sicher, ob dies eine praktische Anwendung hat, aber es klingt, als wäre es cool, es in Aktion zu sehen.
Ja. Die sogenannte Feldschwächung ist eine erprobte und erprobte Methode, um die Drehzahl von Motoren mit gewickeltem Feld über einen relativ kleinen Bereich zu erhöhen, aus der Zeit, als es noch keine Elektronik zur Drehzahlregelung gab. Dies geschieht normalerweise durch Ändern des Stroms in den Feldspulen, anstatt Permanentmagnete physisch zu bewegen. Er ist verantwortlich für die steile Drehzahl-/Drehmomentkennlinie der heute noch verwendeten Reihenschlussmotoren.
Leider geht die Erhöhung der Drehzahl nicht nur mit dem erwarteten Preis eines reduzierten Drehmoments einher, sondern auch mit einem reduzierten Motorwirkungsgrad.
Sie würden ein reduziertes Drehmoment erwarten. Die Ausgangsleistung ist Drehzahl. Drehmoment, und eine Änderung des Feldes ändert nicht die Leistung, sondern nur das Verhältnis von Drehzahl und Drehmoment.
Sie erwarten, dass mit reduziertem Feld „etwas“ schief geht, schließlich arbeiten wir in Motoren hart daran, einen guten Magnetkreis zu erhalten, Luftspalte zu minimieren, und niemand verwendet einen Motor mit Nullfeld (auf die Spitze getriebene Feldschwächung). was ist los?
Das Problem ist der Gleichstromwiderstand der Kupferwicklungen. Wenn Sie das Feld reduzieren, benötigen Sie proportional mehr Strom, um das Drehmoment aufrechtzuerhalten. Allerdings steigen die Wärmeverluste mit dem Quadrat des Stroms. Wenn das Feld in einem Motor erhöht wird (durch die Verwendung von Hochfeldmagneten wie in modernen BLDC-Motoren), kann die Anzahl der Windungen auf dem Rotor reduziert werden, was einen dickeren Draht ermöglicht, was die Kupferverluste reduziert.
Lassen Sie uns etwas numerisches Fleisch auf diese mit der Hand winkenden Knochen geben. Angenommen, Sie haben einen Motor mit 100 W Ausgangsleistung, der 100 rad/s und 1 Nm liefert. Der Rotor ist mit 2 gleichen Wicklungen von jeweils 0,2 Ohm gewickelt, die wir entweder in Reihe oder parallel schalten können. Das Magnetfeld ist so, dass der Motor 10 A zieht, wenn er sein Drehmoment von 1 Nm erzeugt, wobei die Rotorwicklungen in Reihe geschaltet sind. Ignorieren Sie alle anderen Verluste.
Der Rotorwiderstand beträgt 0,4 Ohm und fällt bei 10 A Strom um 4 V ab. Die Gegen-EMK beträgt 10 V (Motor ohne sonstige Verluste, 100 W/10 A), sodass die Motoreingangsspannung unter diesen Bedingungen 14 V beträgt, was einen Wirkungsgrad von etwa 70 % ergibt.
Jetzt halbieren wir das Magnetfeld und halten den Strom gleich. Das Ausgangsdrehmoment wird auf 0,5 Nm halbiert. Nehmen wir an, wir belasten den Motor so, dass die Geschwindigkeit auf 200rad/s steigen kann. Mit dem halben Feld und der doppelten Geschwindigkeit ist die Gegen-EMK bei 10 V gleich. Bei gleichem Strom haben wir den gleichen Spannungsabfall, die gleiche 14-V-Versorgung und den gleichen Wirkungsgrad von etwa 70 %. Was hat es also mit meiner Behauptung auf sich, dass die Effizienz sinkt?
Betrachten wir die andere Möglichkeit, die Drehzahl des Motors zu verdoppeln, das Magnetfeld gleich zu halten und die Rotorwicklungen parallel zu schalten. Dies halbiert die effektive Anzahl von Umdrehungen, was die Gegen-EMK halbiert, und halbiert das Ausgangsdrehmoment. Wenn wir den Motor so belasten, dass die Drehzahl wieder auf 200 rad/s steigen kann, beträgt die Gegen-EMK jetzt wieder 10 V, und wir benötigen 10 A, um die 0,5 Nm Ausgangsdrehmoment zu erhalten. Der Rotor hat jetzt jedoch einen Widerstand von 0,1 Ohm statt 0,4 Ohm, sodass der IR-Spannungsabfall 1 V beträgt, was einer Motorversorgungsspannung von 11 V entspricht. Unsere Effizienz ist auf ca. 90% gestiegen!
Also, was ist jetzt los, bedeutet dies, dass eine Erhöhung der Drehzahl des Motors bei gleichbleibendem Feld die Effizienz erhöht? Wie wäre es, wenn Sie es tatsächlich auf eine sehr hohe Geschwindigkeit erhöhen würden? Wir haben andere Verluste wie den Luftwiderstand und die erhöhten Wirbelstromverluste im Rotoreisen ignoriert, und es gibt andere Kosten für hohe Geschwindigkeiten, wie die Notwendigkeit der Rotorstärke und die Notwendigkeit, sie auszugleichen, und die Probleme beim Umkehren des Rotors Feld schnell in den Wicklungen. Wir können die Effizienz also nicht endlos verbessern , indem wir die Geschwindigkeit erhöhen, es wird ein Optimum geben.
Die Erkenntnis ist, dass das höchstmögliche Feld den besten Wirkungsgrad ergibt und der Rotor die richtige Anzahl von Umdrehungen haben sollte, um der gewünschten Drehzahl zu entsprechen. Das Reduzieren des Feldes in einem Motor mit gewickeltem Stator ist jedoch eine gute Möglichkeit, die Drehzahl zu steuern, was auf Kosten der Effizienz geht.
ohne Kenntnis davon könnten Sie die Magnete herausbewegen. das Mag-Feld würde abnehmen. so leichter zu drehen, aber auf der anderen Seite wird ein geringeres Magnetfeld weniger Leistung erzeugen. also ziemlich sinnlos. Sie könnten einen kleineren Motor haben, aber Ihre Ausgangsleistung würde abnehmen. dann müssten Sie sich um die Spulen kümmern. Sie werden dort so platziert, dass sich die Spulen im Magnetfeld befinden.
Andi aka