Comment le courant et la tension sont-ils liés au couple et à la vitesse d'un moteur sans balais?

Je sais que les véhicules électriques ont des performances différentes selon la batterie et le moteur, mais on ne sait pas comment les unités électriques et mécaniques sont liées.

Quelqu'un peut-il m'aider?

Un moteur 100 V peut-il mieux résister aux pentes qu'un moteur 50 V?

La relation entre les caractéristiques électriques d'un moteur et les performances mécaniques peut être calculée comme telle (remarque: il s'agit de l'analyse d'un moteur à courant continu à balais idéal, mais certaines d'entre elles devraient toujours s'appliquer à un moteur à courant continu sans balais non idéal).

Un moteur à courant continu peut être approximé sous la forme d'un circuit avec une résistance et une source de tension arrière-FEM. La résistance modélise la résistance intrinsèque des enroulements du moteur. Le back-emf modélise la tension générée par le courant électrique en mouvement dans le champ magnétique (fondamentalement, un moteur électrique à courant continu peut fonctionner comme un générateur). Il est également possible de modéliser l'inductance inhérente du moteur en ajoutant une inductance en série, mais pour la plupart, j'ai ignoré cela et j'ai supposé que le moteur était à un état électrique quasi stable, ou que la réponse temporelle du moteur était dominée par la réponse temporelle. des systèmes mécaniques au lieu de la réponse temporelle des systèmes électriques. C'est généralement vrai, mais pas nécessairement toujours vrai.

Le générateur produit un EMF arrière proportionnel à la vitesse du moteur:

$$V_{emf} = k_i * \omega$$

Où:

ω =

$$k_i = \text{a constant.}$$ $$\omega = \text{the motor speed in}\ \text{rad}/\text{s}$$

Idéalement, à vitesse de décrochage, il n'y a pas de FEM arrière et à aucune vitesse à vide, la FEM arrière est égale à la tension de la source d'entraînement.

Le courant traversant le moteur peut alors être calculé:

V S = tension source R =

$$I = (V_S - V_{emf}) / R = (V_S - k_i * \omega) / R$$ $$V_S = \text{source voltage}$$ $$R = \text{motor electrical resistance}$$

Examinons maintenant le côté mécanique du moteur. Le couple généré par le moteur est proportionnel à la quantité de courant traversant le moteur:

$$\tau = k_t * I$$

τ =

$$k_t = \text{a constant}$$ $$\tau = \text{torque}$$

En utilisant le modèle électrique ci-dessus, vous pouvez vérifier qu'à la vitesse de décrochage, le moteur a le courant maximal qui le traverse, et donc le couple maximal. De plus, à vitesse nulle, le moteur n'a pas de couple et aucun courant ne le traverse.

Quand le moteur produit-il le plus de puissance? Eh bien, la puissance peut être calculée de deux manières:

Puissance électrique:

$$P_e = V_S * I$$

$$P_m = \tau * \omega$$

Si vous les tracez, vous constaterez que pour un moteur à courant continu idéal, la puissance maximale atteint la moitié de la vitesse à vide.

Donc, tout bien considéré, comment la tension du moteur s'accumule-t-elle?

Pour le même moteur, idéalement si vous appliquez le double de la tension, vous doublerez la vitesse à vide, doublerez le couple et quadruplerez la puissance. Cela suppose bien sûr que le moteur à courant continu ne brûle pas, n'atteigne pas un état qui viole ce modèle de moteur idéal simpliste, etc.

Cependant, entre différents moteurs, il est impossible de dire comment deux moteurs fonctionneront l'un par rapport à l'autre en fonction uniquement de la tension nominale. Alors, de quoi avez-vous besoin pour comparer deux moteurs différents?

$k_i = k_t$$P_e = P_m$

$\text{rad}/\text{s}$Hz$\text{rev}/\text{s}$$2\pi$

Après 4 ans d'utilisation et d'étude de véhicules électriques, j'ai compris que la "gradabilité" (capacité à augmenter une pente de pente spécifique) dépend du couple moteur et que le couple dépend du courant.

La tension "régule" la vitesse à laquelle un moteur peut fonctionner: la vitesse maximale qu'un moteur peut atteindre est la vitesse à laquelle le moteur génère une tension (appelée "force contre-électromotrice") qui est égale à la tension qu'il reçoit de la batterie (sans tenir compte de pertes de puissance et frottements pour plus de simplicité).

La quantité de courant qu'un moteur peut tolérer lorsqu'une tension est appliquée dépend de l'épaisseur des fils des bobines (plus épais = courant plus élevé = couple plus élevé), en raison de la résistance interne des bobines (plus la résistance est élevée, plus la chaleur produite est élevée, jusqu'à ce que les fils fondre).

Considérant un moteur de 1000W:

• fournissant 100V / 10A, vous pourrez atteindre une vitesse élevée, mais vous ne pourrez pas augmenter beaucoup de pente.

• fournissant 10 V / 100 A, vous vous déplacerez très lentement, mais vous pourrez gravir des pentes de haute qualité (en supposant que le moteur peut tolérer 100 A).

Le courant maximal qu'un moteur peut tolérer est appelé "courant nominal", qui est bien inférieur au "courant de calage" du moteur, c'est-à-dire le courant circulant dans les fils du moteur lorsque la tension est appliquée et que le moteur est arrêté. Le moteur NE PEUT PAS tolérer son propre courant de décrochage, qui fera bientôt fondre les fils. C'est pourquoi l'électronique limite le courant maximum à la valeur du courant nominal.

Dans tout moteur, le principe de base est très simple:

• la vitesse de rotation est proportionnelle à la tension appliquée
• le couple est proportionnel au courant tiré

Un moteur de 100 volts est un moteur qui peut prendre un maximum de 100 volts, et un moteur de 50 volts un maximum de 50 volts. Étant donné que le moteur de 100 volts peut prendre plus de volts, si toutes les autres choses sont égales, il peut vous donner une vitesse maximale plus élevée.

Mais la différence de tension n'affecte pas le couple. Pour obtenir plus de couple pour monter une côte, vous devez alimenter votre moteur avec plus de courant. Un moteur qui peut prendre plus de courant (et une batterie et un contrôleur de moteur qui peuvent fournir plus de courant) vous donneront plus de couple pour vous aider à monter la colline.

Les moteurs électriques peuvent être conçus sur une gamme assez large de tension et de courant pour la même vitesse et le même couple. La simple comparaison de la tension de fonctionnement prévue de deux moteurs ne vous dit pas grand-chose sur ce que ces moteurs peuvent finalement faire. Les moteurs conçus pour une puissance élevée ont tendance à fonctionner à des tensions plus élevées, mais c'est principalement pour que le courant puisse être dans une limite raisonnable.

Pour comparer deux moteurs pour un travail particulier, vous devez regarder les paramètres de sortie. Ce seront le couple, la plage de vitesse et la puissance.

Les performances mécaniques d'un moteur dépendront bien sûr principalement de sa construction physique, pas nécessairement de sa tension nominale. Les moteurs haute puissance fonctionneront à des tensions plus élevées, mais cela ne vous dit pas grand-chose.

Je ne m'étendrai pas sur les détails, mais il existe une bonne règle à utiliser lorsque vous souhaitez estimer les paramètres d'un moteur par son apparence. Un moteur long atteindra des régimes plus élevés et un moteur large pourra fournir plus de couple. Vous pouvez peut-être imaginer comment cela fonctionne - un moteur large aura un rotor large, de sorte que les forces des champs magnétiques à l'intérieur créeront un couple plus important.

Donc, si vous avez deux moteurs de longueur identique, mais l'un d'eux est plus large, vous pouvez vous attendre à ce que le plus large soit capable de générer un couple plus élevé.

En termes très basiques (la réponse de helloworld couvre la partie scientifique):

La puissance est tension * courant (P = IV). Pour une puissance donnée, disons 1000 watts / 1 kW, vous pouvez concevoir un moteur 10 V qui utilise 100 A ou un moteur 100 V qui utilise 10 A pour la même puissance nominale :

10 V * 100 A = 1000 watts
100 V * 10 A = 1000 watts

Votre prochaine considération est de savoir comment les différentes efficacités s'empilent - pour chaque partie du groupe motopropulseur, il y aura un moyen optimal de construire chaque partie qui donne la meilleure efficacité pour le prix. Par exemple, si vous avez opté pour l'option 10 V, vous avez besoin de beaucoup de gros fils lourds (ou barres omnibus) pour gérer 100 A, tandis que 10 A circuleront avec plaisir dans des petits fils assez maigres.

Cependant, il est peut-être plus difficile de construire une unité de commande / chargeur qui fonctionne à 100 V qu'à 10 V (il est certainement plus sûr pour l'utilisateur moyen s'il n'y a pas de haute tension de se déplacer pour lui permettre de coller ses doigts).

Donc, il y a un jonglage à faire pour déterminer comment le système se cumule - pour chaque watt d'énergie que vous mettez, combien d'énergie utile pouvez-vous retirer de l'autre côté?

C'est un peu comme la différence entre un gros V8 paresseux et un moteur turbo hurlant , les deux peuvent produire la même puissance, mais chacun est une réponse très différente au problème.

La tension et le courant sont les composants essentiels de la puissance, c'est-à-dire la capacité d'effectuer un travail . Pour travailler avec des machines à filer, il faut une force rotative - un couple . La vitesse à laquelle le travail se déroule (introduire le temps) et la mesure devient de puissance. Plus de puissance - augmentez le courant ou la tension ou les deux.

Il vous suffit de penser à la puissance nominale et à la tension nominale. Si la tension que vous appliquez est élevée (doit se situer dans la plage de tension), cela peut prendre moins de courant et moins de couple, ce qui peut en effet être trouvé dans la courbe vitesse-couple pour une tension fixe.

La tension est proportionnelle à la vitesse et le couple est proportionnel au courant. Le courant maximal qu'il pourrait prendre est le courant nominal et le couple correspondant peut être trouvé à partir de la courbe de couple de vitesse (comme vous le savez la vitesse de la tension (rpm = k * v)) où k est la constante de vitesse du moteur).