Maximizar el par de un motor de CC dentro de unos parámetros - y atascarse con la terminología

Question

Componentes obligatorios: Alimentación 24v DC, Controlador de velocidad PWM (originalmente empaquetado con un motor de 24v 250w DC)

Existente pero reemplazable: Motor de 24V DC, 14A, 250W, 2750RPM.

Necesidad: El mayor par motor que pueda conseguir a 24V y 15-20A, sin superar los 300w. Las revoluciones por minuto no son muy relevantes, ya que puedo aumentar las revoluciones por minuto siempre que tenga suficiente par para moverme.

Propósito: Reutilizar un sistema de tracción de scooter de 12" para su uso en una bicicleta con ruedas de 20", mejorando al mismo tiempo las prestaciones de parada-arranque y cuesta arriba. La relación de transmisión motor-rueda original de 5,91 se mejorará a 11,73 para reducir la necesidad de par y compensar la diferencia de tamaño de rueda.

Advertencia: Soy horrible con la nomenclatura tanto de la electrónica como de los motores. Mis esfuerzos de búsqueda se ven limitados por ello, y pido disculpas por mi falta de términos adecuados.

Preguntas: 1) ¿Se puede modificar el motor de 250W existente para generar más par con el voltaje y los amperios máximos existentes?

2) Si se necesita un motor nuevo, ¿qué debo tener en cuenta cuando estos motores no indican el par como especificación? (Incluso google no ayuda, ya que no sé qué buscar)

3) ¿Qué enfoque funcionaría si el que yo espero no funcionara?

Answer 1

Un motor de corriente continua tiene una constante de par Esto significa que proporcionará una cierta cantidad de par por amperio suministrado al motor.

Con una caja de cambios se pueden intercambiar RPM por par, de modo que el par aumenta al disminuir las RPM mientras que la potencia para una carga fija se mantiene constante menos las pérdidas de la caja de cambios.

Usted puede conseguir un motor diferente con una constante de par diferente, pero la línea de fondo es la velocidad angular veces par = potencia, y la potencia que tiene disponible depende de su fuente de alimentación y las pérdidas en su controlador.

Si necesita más par a las mismas RPM, deberá suministrar más potencia, y si el motor no está preparado para la potencia/corriente adicional, deberá cambiar de motor.

Answer 2

El parámetro del motor de CC que le interesa maximizar se denomina "par de arranque", "par de bloqueo", "par de rotor bloqueado" o similares. Es el par (medido en pies-libra o pulgadas-libra) creado por el motor cuando se impide que el rotor del motor se mueva. (Esto se hace en un banco de pruebas atascando mecánicamente el eje del motor y realizando la medición del par, por ejemplo, con una llave dinamométrica).

Esta condición de "rotor bloqueado" es lo que el motor experimentará momentáneamente cuando arranque desde una condición de parada completa. Por ejemplo, cuando tu moto eléctrica está parada y pisas el acelerador.

Algunas hojas de datos de motores de CC indican directamente el par del rotor bloqueado, mientras que otras lo dejan a un simple cálculo que usted debe realizar. En este caso, debe conocer la "constante de par" del motor, que suele figurar en la hoja de datos. La constante de par es un valor fijo para un motor que indica cuántos pies-libra de par produce el motor por cada amperio de corriente que pasa por su bobinado de inducido. En otras palabras, pies-libra por amperio.

Por lo tanto, si conoce la constante de par, sólo tiene que medir la corriente que circula por el motor en el punto de parada (por ejemplo, en el instante en que le aplica potencia) y conocerá el par resultante mediante una simple multiplicación (constante de par x amperios).

Normalmente, para arrancar el motor se utiliza la misma tensión que para hacerlo funcionar. En su caso parece ser 24 voltios. Por lo tanto, en la mayoría de las aplicaciones, el motor parado se arrancará aplicando la tensión de alimentación directamente a través de los terminales del motor. ¿Cuál es el par de arranque en esta condición común? Muy sencillo, utiliza la Ley de Ohm para averiguarlo. La hoja de datos del motor suele indicar la "resistencia interna" o "resistencia del bobinado" del motor. En un motor como el suyo, es probable que sea inferior a un ohmio. Según la ley de Ohm, divida la tensión en los bornes (24 V) por la resistencia del bobinado y obtendrá la corriente de arranque en amperios. Ahora, multiplique esta corriente de arranque calculada por la Constante de Par y obtendrá el Par de Arranque - el par que el motor producirá mientras el rotor no esté en movimiento - exactamente lo que ocurre durante el primer instante en que aplica tensión al motor antes de que el rotor comience realmente a girar. ¿Lo ve? Es un cálculo bastante sencillo. Si puedes hacer una lectura de amperaje no intrusiva en los cables del motor (por ejemplo, con una pinza de corriente continua) puedes verificar la parte eléctrica del cálculo de forma bastante sencilla.

En la práctica, los motores de CC típicos se comportarán de forma muy parecida al cálculo teórico que he descrito anteriormente. El problema está en suministrar toda la tensión y el amperaje al motor parado. El amperaje será alto para un motor como el suyo. Indicas "15-20 Amperios", pero puede ser incluso mayor cuando haces los cálculos a partir de los valores de la hoja de datos. Esto significa que tienes que usar cable de calibre muy grueso para permitir que llegue suficiente voltaje al motor sin una caída de voltaje significativa en los cables de alimentación. Además, tienes que tener un suministro de tensión que realmente puede entregar esa cantidad de corriente instantánea.

Por lo tanto, si está intentando seleccionar un motor de CC para obtener el par de arranque máximo en la condición de arranque, buscará uno con la Constante de Par más alta y la Resistencia de Bobinado más baja. Así de sencillo.