Velocidad máxima del BLDC ¿KV o Hz?

Question

Por lo que he entendido, el índice de KV de un motor nos da la velocidad del rotor en función de la tensión aplicada en la fase del motor. Después de mirar un poco más profundo en ESC / inversores, he llegado a la conclusión de que es más bien la frecuencia de conmutación de fase que establece la velocidad del motor.

Pero supongo que hay alguna fuerza electromagnética (¿Lorentz / Laplace?) que define la fuerza ejercida sobre un cuerpo conociendo el voltaje que lo atraviesa.

Lo que estoy pensando es que la frecuencia de conmutación define la velocidad, pero la corriente/voltios que pasan por cada bobina define la fuerza/aceleración máxima con la que se puede tirar del rotor. Y puesto que la conmutación se hace un cruce de cero de la fase flotante, esta aceleración máxima (por lo tanto el tiempo que llega a hacer el cruce de cero) limita la frecuencia de conmutación.

¿Puede alguien ayudarme a resolver esto?

Answer 1

Hay que tener en cuenta tanto la frecuencia como los Kv al accionar un motor BLDC, y los controladores de motor difieren en la forma de tenerlo en cuenta. Por lo tanto, ambos puntos son correctos.

La velocidad de rotación está directamente relacionada con la frecuencia de conmutación y el número de polos.

Y Kv * velocidad de rotación te da el back-EMF.

Si defines la velocidad del motor generando una frecuencia fija, entonces, como dice JonRB, debes suministrar suficiente tensión para superar la suma de:
V1 = Kv * velocidad real del motor
V2 = Pérdida de IR por la resistencia del motor y el par necesario para vencer la fricción y la resistencia de la carga
V3 = Pérdida de IR por el par necesario para acelerar el rotor + la carga si la velocidad real es inferior a la frecuencia de conducción.

Así como Kv = Velocidad / Tensión. la constante de par Ki = Par / Corriente.

En unidades del SI, Ki es simplemente 1/Kv: los usuarios que no son del SI tienen que recordar un curioso número de conversión (que he olvidado), así como a qué onza, libra, pie o pulgada se refiere, o buscarlo en un libro de texto.

Así, dado Kv, se puede calcular Ki, y por tanto V2 y V3 para ambos componentes de la corriente I del motor.

Al accionar un BLDC a partir de una frecuencia fija, V3 es fundamental: si la frecuencia es demasiado alta o la tensión de alimentación demasiado baja, el motor simplemente no arrancará, por lo que lo normal es aumentar la frecuencia hasta alcanzar la velocidad deseada.

Entonces, si el voltaje de accionamiento es fijo, y mayor que V1 + V2 combinados, el motor funcionará, pero de manera ineficiente, es decir, desperdiciará energía en estado estacionario (a velocidad constante V3 = 0) por lo que para un funcionamiento eficiente es necesario reducir el voltaje de accionamiento a V1 + V2 (generalmente a través de PWM).

Esto puede ser complicado, por lo que la mayoría de los controladores funcionan como en la respuesta de Bruce: la velocidad del motor se controla por voltaje, con el BLDC detectando la fase de la FEM de retorno, o la posición del motor por separado a través de sensores de efecto hall o codificadores rotativos, y controlando la frecuencia de conmutación para adaptarse a la velocidad real.

Answer 2

Por lo que he entendido, el índice de KV de un motor nos da la velocidad del rotor en función de la tensión aplicada en la fase del motor.

Creo que quieres decir Kv (v minúscula) que es la "constante de velocidad" del motor. Es la velocidad de rotación necesaria para generar una FEM de 1 voltio. Si Kv se especifica en rpm/V, multiplicando Kv por la tensión aplicada se obtienen las rpm cuando la FEM de retorno es igual a la tensión de alimentación, que es lo más rápido que puede ir con esa tensión (si fuera más rápido estaría actuando como un generador, no como un motor).

Un motor perfecto siempre girará a estas revoluciones. Un motor práctico tiene una resistencia que reduce la tensión de alimentación efectiva y hace que funcione más lentamente a medida que aumenta la corriente. Cuando el motor funciona en vacío, sólo consume una pequeña corriente para superar las pérdidas internas, por lo que las revoluciones en vacío suelen ser sólo ligeramente inferiores a Kv*Vs.

Lo que estoy pensando es que la frecuencia de conmutación define la velocidad, pero la corriente/voltios que pasa por cada bobina define la máxima fuerza/aceleración con la que se puede tirar del rotor.

Principalmente es Voltios que determina la velocidad y la frecuencia de conmutación. En el momento de la puesta en marcha, el rotor está inmóvil y no produce ninguna FEM de retorno, por lo que la corriente está limitada únicamente por la resistencia de los devanados. Esta corriente produce un par que acelera el rotor. A medida que el rotor se acelera, produce FEM de retorno, reduciendo la tensión a través de la resistencia del devanado y disminuyendo la corriente y el par. Las rpm se estabilizan cuando el par disminuye para adaptarse a las pérdidas por fricción y a la carga del eje (sin dejar ningún exceso de par para la aceleración).

Un controlador BLDC sin sensores supervisa constantemente la forma de onda de la corriente de retorno y conmuta en cada cruce de cero. A diferencia de un accionamiento de CA, no no establecer una frecuencia y obligar al motor a girar a esa velocidad. El ESC genera su frecuencia de conmutación como una reacción a la velocidad que el motor ya está haciendo. La velocidad se controla variando el tensión aplicada al motor (normalmente con PWM).

La conmutación debe estar necesariamente sincronizada con la rotación, por lo que se podría decir que la frecuencia de conmutación está "definida" por la fuerza/aceleración del rotor, que a su vez está "definida" por las constantes del motor Kv (constante de velocidad), Rm (resistencia) e Io (corriente en vacío). A partir de estas constantes se pueden calcular las revoluciones y la corriente previstas con cualquier carga.

Answer 3

La frecuencia es la cantidad ampliamente dominante

Frecuencia

Una máquina BLDC/BLAC es básicamente una máquina de sincronización y, por tanto, la frecuencia del rotor es proporcional a la frecuencia del estator eléctrico (la constante de proporcionalidad es el número de pares de polos).

Tensión

Dicho esto, el voltaje es igualmente clave porque se necesita poder inyectar CA en el estator. Con un aumento de la frecuencia eléctrica, la frecuencia mecánica aumenta, lo que a su vez incrementa la contrafuerza que presenta la máquina (donde la constante de proporcionalidad es Ke).

En algún momento se agotará la tensión de alimentación para superar el backEMF, la caída resistiva y la caída inductiva. Con el aumento de la velocidad, la cantidad de corriente requerida también aumenta para superar el par de arrastre. Si se añade una carga mecánica al sistema, la caída de tensión inductiva es comparable a la FEM de retorno.

Answer 4

Cada motor BLDC gira en conmutación (uno de seis) dividido por el número de polos dividido por seis.

Un motor de 6 polos realiza una rotación eléctrica (seis conmutadores) por una rotación mecánica.

Un motor de 12 polos realiza dos giros eléctricos (seis conmutadores) por un giro mecánico.

Un motor de 24 polos realiza cuatro rotaciones eléctricas (seis conmutadores) por una rotación mecánica