Vzťah medzi Kv motora, jeho otáčkami a odoberaným prúdom

Pôvodne som mal pre tento článok pripravený "vtipný" názov: "Ako merať prúd otáčkomerom", ale potom Miroslav prišiel s ešte vtipnejším názvom: "Ako merať otáčky ampérmetrom" a tak sme to radšej nechali tak.

K napísaniu tohto článku nás priviedla myšlienka, či by bolo možné, ak poznáme parametre motora (napäťovú konštatntu - Kv (otáčky na Volt) a odpor vinutia - Rd), určiť jeho prúdový odber a otáčky.

Konkrétne: ak poznám veľkosť odoberaného prúdu, tak určiť jeho otáčky, bez ohľadu na použitú vrtuľu. Alebo: ak poznám otáčky vrtule (motora), tak stanoviť veľkosť prúdu.

Odpoveď znie: MOŽNÉ TO JE !

autor: Janko O.

 

V praxi to znamená, že mi stačí otáčkomer, aby som určil odoberaný prúd známeho motora a pritom nemusím mať ampérmeter. Alebo ak mám ampérmeter, tak som schopný pri ľubovoľnej vrtuli, stanoviť jej otáčky. To všetko s presnosťou na jednotky percent.

Nie je to nič zložité, je to len fyzika. (Niektorí moji známi, ktorí „vyleteli“ na skúške práve z fyziky, si možno nemyslia, že fyzika nie je nič zložité  ).  Stačí nám niekoľko východzích podkladov, konkrétne napäťová konštanta (striedavého) motora Kv a odpor vinutia. Niekedy môže byť problém tieto hodnoty zohnať (mal by ich uvádzať výrobca motora), ale my s dôverou využijeme služby vynikajúceho programu na návrh elektro-pohonov DriveCalc. Tento program nám ochotne poskytne potrebné údaje o motoroch, dokonca aj o tých čínskych. Nasledujúci obrázok názorne ukazuje, kde tieto hodnoty vyčítať:


Zo zoznamu vyberieme motor, ktorého hodnoty potrebujeme zistiť. Niektoré jeho parametre sú často už zakomponované do jeho názvu. Ako príklad použijeme čínsky motor Turnigy TR 35-48B 900Kv, kde údaj 900Kv udáva práve onu potrebnú hodnotu  napäťovej konštanty,  čiže 900  otáčok na Volt.  To je údaj, ktorý deklaruje výrobca, ale skutočná hodnota býva často viac či menej odlišná. Autori programu DriveCalc tento parameter zmerali a zistili, že v skutočnosti to je 879 – v programe označené ako „ns“. Ďalší údaj, ktorý potrebujeme:  odpor vinutia,  sa skrýva pod označením  Rd.  V prípade tohto motora to je 67,5 miliOhmu.

Napäťová konštanta Kv udáva, aké otáčky by mal vyvinúť ideálne nezaťažený motor na jeden Volt napájacieho napätia. Ak regulátor elektromotora napájame napätím 10 Voltov, motor by mal mať podľa výrobcu otáčky 9000 za sekundu, podľa autorov DriveCalcu len 8790 otáčok za sekundu.

Lenže je tu jeden háčik: ideálne nezaťažený motor by nemal odoberať žiadny prúd. A tak je to v skutočnosti trochu komplikovanejšie, ale my si pomôžeme zjednodušenou náhradnou schémou:

Vinutie motora je tu „rozložené“ na ideálne vinutie Lm, ktoré spôsobuje otáčky motora a pritom nemá žiadny odpor a náhradný odpor vinutia Rd, na ktorom vzniká neužitočný úbytok napätia, ak motorom preteká prúd. A zapojeným motorom preteká prúd v podstate vždy, dokonca aj nezaťaženým motorom. Čím je záťaž väčšia, tým je prúd motorom tiež väčší, ale hlavne je väčší úbytok napätia na odpore vinutia Rd. A keďže napájacie napätie elektro-pohonu Unap považujeme (pre jednoduchosť) za nemenné, tak je zrejmé, že čím väčšie bude napätie na odpore vinutia Rd, tým menšie napätie bude na samotnom vinutí Lm. Lenže napäťová konštanta Kv sa vzťahuje práve na napätie na vinutí Lm.

Vráťme sa späť k nášmu príkladu: celý výpočet sme radšej „trochu“ zjednodušili, pretože napäťové pomery v obvode striedavého prúdu sú ešte zložitejšie, čo by nám len zbytočne zneprehľadňovalo orientáciu v tejto problematike.

Nech spomínaným nezaťaženým motorom s reálnou hodnotou Kv = 879, ktorý je napájaný napätím Unap = 10 Voltov, preteká prúd naprázdno napr. 3 Ampére. Tak na vinutí motora Lm nebude napätie 10 Voltov, ale asi 9,8 Voltu, pretože vyše 0,2 Voltu „sa stratilo“ na odpore vinutia Rd. A tak otáčky naprázdno nebudú 8790 (10 x 879), ale len 8614 (9,8 x 879) za minútu.

Poviete si: „No to je toho.“ Lenže týmto motorom môže pretekať maximálny prúd až 42 Ampérov a vtedy jeho otáčky poklesnú asi na 6300 za minútu. A to už je „sakra“ rozdiel oproti voľnobežným 8614 otáčkam za minútu. Pri tomto prúde totiž na vinutí motora Lm bude len niečo vyše 7 Voltov a zvyšné asi 3 V budú na odpore vinutia Rd a premenia sa na (pre motor) škodlivé teplo. Účinnosť motora bude len okolo 70 %.

Z uvedeného je zrejmé, že medzi napájacím napätím, parametrami motora, a hlavne medzi otáčkami motora a ním odoberaným prúdom  je pevný a presne  definovaný vzťah. A keďže modelári spravidla výpočty príliš neobľubujú, pripravili sme malú programovú utilitu  Kv1ap.exe, ktorá všetky výpočty urobí za vás (k dispozícii v sekcii Download).


V hornej časti sú polia, ktoré je treba vyplniť: v ľavej časti je použité napájacie napätie. My sme ako základ zvolili 3-článkovú LiPol batériu s napätím 11,1 Voltu. V pravej časti treba doplniť skutočné parametre motora.

V strednej časti nás čaká voľba, niečo v zmysle: „Čo chcem vedieť a čo k tomu musím mať“. Program sa automaticky prispôsobuje modelárovej voľbe. Na obrázku je situácia, keď poznáme odoberaný prúd elektro-pohonu (máme ampérmeter) a chceme zistiť otáčky vrtule – motora.

V spodnej časti je požadovaný výsledok, s presnosťou na jednotky percent.


Ďalší obrázok znázorňuje opačnú situáciu, keď máme otáčkomer (máme zmerané otáčky) a chceme zistiť prúdovú spotrebu nášho pohonu. Program na základe určitého algoritmu odhaduje maximálny povolený prúd motorom. Ak sa vypočítaná prúdová spotreba daného pohonu priblíži tejto hodnote, je zobrazené nasledovné varovanie:


Všimnite si, že v týchto výpočtoch je vrtuľa „zdanlivo“ nepodstatná. Jej vplyv sa totiž premieta práve do prúdovej spotreby a tým pádom aj do otáčok.  

Presnosť určenia požadovaných hodnôt ovplyvňujú aj ďalšie skutočnosti ako vlastnosti regulátora a samozrejme aj pohonnej batérie. Ale na orientačné stanovenie otáčok - ak nemáme otáčkomer, alebo odoberaného prúdu - ak nemáme ampérmeter, je táto metóda viac ako dostačujúca. Obzvlášť ak si uvedomíme, že nepresnosť merania odoberaného prúdu kliešťovým ampérmetrom môže byť zrovnateľná s nepresnosťou popisovanej metódy.

 

 

Calculation, measurement RPM of engine, consumption current, winding resistance propeller, modeler Calcolo, RPM misurazione del motore, il consumo di corrente, elica resistenza degli avvolgimenti, modellatore Beräkning, mätning av motorn, förbrukning nuvarande, lindningsresistansen propeller, modellerare Cálculo, la medición del motor, el consumo de corriente, resistencia del devanado de la hélice, modelador Расчет, измерение двигателя, потребление тока, сопротивления обмотки пропеллер, модельер Cálculo, a medição do motor, consumo de corrente, resistência do enrolamento da hélice, modelador Obliczanie, pomiar silnika, zużycie prądu, kręte śmigło opór, modeler Beregning, måling av motor, forbruk strøm, svingete motstand propell, modeler Berechnung, Messung von Motor, Verbrauch Strom, Wicklungswiderstand Propeller, Modellierer Kiszámítása, mérése a motor, a fogyasztás a jelenlegi, kanyargós ellenállás légcsavar, modellező De berekening, meting van de motor, het verbruik huidige, kronkelende weerstand propeller, modeler Calcul, mesure de moteur, la consommation actuelle, l'hélice résistance de l'enroulement, modeleur Laskeminen, mittaus moottorin, kulutuksen nykyiset, purkaminen vastus potkurin mallintaja Beregning, måling af motor, forbrug strøm, snoede modstand propel, modeler الحساب والقياس من المحرك ، والاستهلاك الحالية ، لف المروحة المقاومة ، صانع التماثيل חישוב, מדידה של המנוע, צריכת זרם, המדחף ההתנגדות סלילה


<Staršie | tento článok | Novšie>

Napísané: 3. 3. 2015, 09:40 | Prečítané: 11468x | Kategórie: Pohony | Napísal: admin |
Komentáre: 13
Len tak "z hecu" som urobil porovnanie s meraním, ktorého autorom je Nak (skvelý chlap a odborník) tu:
odkaz
Rozdiely tuším nepresiahli 1 %.
Odpoveď | 2011-02-15 18:06:55
.:. elmo
zdravim. mna by zaujimalo ako postupovat ked mam v ruke uplne neznamy motor a chcem jeho charakteristiku kV. Odpor vynutia si zmeriam ale ostatne parametre asi nie.
Odpoveď | 2012-03-14 15:57:46
.:. Janko O
Ahoj Elmo.
Tejto problematike je venovaný celý náš jeden článok:
odkaz
V závere je aj fotografia prístroja, ktorý Kv motora meria priamo a na HobbyKingu sa dá kúpiť za rozumnú cenu.
Odpoveď | 2012-03-17 08:28:07
.:. elmo
Vdaka ako som ten prispevok napisal tak som si ten clanok vsimol :) mam 3fazovy motor a nemam k nemu ziadne informacie tak ho musim premerat. Dakujem
Odpoveď | 2012-03-21 09:12:54
Setkal jsem se nekolikrat s tim, ze napr. do Motocalcu jsem musel uvadeny odpor vinuti nasobit dvema. Vysvetloval jsem si to tim, ze vyrobce uvadi pouze odpor jedne vetve, tj.druhou vetvi jde drat zase zpatky a tim padem je odpor dvojnasobkem uvadene hodnoty. Je to tak, nebo blabolim nesmysly? Pripadne je mozne, ze uvadena hodnota je oznacena jinym pismenem/znackou a z toho poznam o jakou hodnotu se jedna?
Odpoveď | 2012-12-17 21:34:51
.:. Janko O
Žiaľ, nepoužívam program MotoCalc a tak ani neviem, čo to vlastne uvádza. Ale fakt je, že ako píšete, zmerať odpor len jediného vinutia je problém. Bližšie je o tom v článku:
odkaz
Odpoveď | 2012-12-18 13:08:16
Zdravim.
Nerozumiem tomu, prečo otáčky striedavého motora závisia od napätia batérie a od udaja RPM/Kv, keď sa jedná o striedavý synchrónny motor, ktorého otáčky sú riadené zmenou frekvencie ?
Alebo ako to vlastne je ?

S pozdravom Stano P.
Odpoveď | 2014-08-27 23:05:48
.:. J.O.
Ideš na to dobre.
Aby si mal o čom premýšľať a bez pomoci došiel k odpovedi, skús situáciu otočiť:
Keď (striedavý) motor budeš "roztáčať" niečím iným (tak ako je to tu odkaz ), tak pri vyšších otáčkach bude vyššia len frekvencia generovaného napätia, alebo aj jeho amplitúda (veľkosť)?
Odpoveď | 2014-08-29 08:55:42 | Príspevok upravený: 2014-08-29 08:57:17
.:. milan
modelarske el motory nie su 3 fazove striedave synchronne motory...pozor... , stale su napajane jednosmernym napatim s impulznym priebehom prudu, maju sice 3 vinutia ale viac su principom podobne krokovemu jednosmernemu motoru alebo reluktancnemu spinanemu motoru ako striedavemu 3 faz motoru.Tak isto vypocty, priebeh krutiaceho momentu, a charakteristika tychto modelarskych motorcekov su uplne ine a vo vypoctoch sa pouzivaju velmi zjednodusene matematicke modely.Najjednoduchsie je merat charakteristiku a parametre v realnych podmienkach.V pripade zaujmu treba nastudovat vplyv magnetickeho pola,rozlozenie polov,dlzka zavitu v mag. poli,pocet zavitov vinutia,impedancia,sytenie mag. okruhu,vlastnu indukcnost systemu,charakteristiku spinania a strmost nabehu prudoveho impulzu vo vinuti atd. je toho vela co nevieme presne definovat takze ...len porovnavat a merat.
A netreba si moc lamat hlavu a robit vedu, je to hobby.
Odpoveď | 2014-11-23 09:55:04
.:. J.O.
Asi tu musíme rozlišovať kombináciu regulátor + motor, alebo samostatný motor.
Kombinácia regulátor + motor je naozaj napájaná jednosmerným napätím/prúdom. Avšak úlohou regulátora je, okrem iného, z tohto jednosmerného napájania urobiť striedaný prúd. A budem dosť tvrdošíjne trvať na tom, že ten prúd je (po odfiltrovaní a vyhladení (to preto, aby sa to dalo lepšie sledovať na osciloskope)) trojfázový (a vďaka meniacej sa šírke impulzov aj "skoro" sínusový), s posunom fáz voči sebe 120 stupňov. Rovnako ako trojfázové motory 3 x 380V (po novom 3 x 400V).
Paradoxne aj cievkami jednosmerného motora tečie striedavý prúd (síce ani zďaleka nie sínusový, ale isto striedavý). V ňom to striedavé napätie/prúd urobí z jednosmerného napájania komutátor. V týchto "našich" motoroch to isté urobí (rovnako, len elektronicky) regulátor.
Odpoveď | 2014-11-23 16:18:46 | Príspevok upravený: 2014-11-25 11:10:41
.:. milan
Pre Janka O.
Tieto stranky su fajn a rad som si tu precital vela zaujmavosti ktore ma inspirovali.A vratil som sa k modelarstvu po 30 rokoch...
Dakujem a prajem vela chuti do dalsej prace.
Odpoveď | 2014-11-23 10:01:16
dobry den.
mam prakticku otazku.
podla motorov roznych hodnot kv ale tej istej velkosti napr. 50-50 ma motor s nizsim kv vacsiu silu (dokaze potiahnut vrtulu s vacsim priemerom) ale zakonite podla porovnanych udavanych parametrov ma nizsie maximalne prudove zatazenie. ( myslim si ze nieje tak namahany)

to znamena ze na motor s nizsim kv potrebujem dat vacsiu vrtulu (pretoze toci menej otacok) aby sa vyrovnal motoru s vyssim kv ale je to na ukor vacsieho odberu.alebo je odber v tomto pripade cca rovnaky ? mam na mysli vrtule s rozdielom jedneho palca priemeru.

chapem to spravne ? ak nie budem vdacny za vysvetlenie ako dosiahnut najlepsi pomer motora a vrtule.
Odpoveď | 2014-11-23 20:25:48
.:. J O
Možno by sa dalo na to pozerať aj takto, ale došli by sme k určitým "protirečeniam".
Takže lepšie je pozerať sa na to tak, že dva motory rovnakého výkonu (rovnakého typu, rozmerov, s rovnakou vrtuľou a pod.) ale s rôznymi Kv sú vhodné na napájanie zo zdroja s rôznym napätím (rôznym počtom článkov).
V tom prípade motor s vyšším Kv je dimenzovaný na vyšší prúd a aj bude odoberať vyšší prúd. Avšak bude napájaný nižším napätím a tak jeho príkon (súčin napätia a prúdu) bude rovnaký, ako pri motore s nižším Kv (ktorý je napájaný síce vyšším napätím, ale bude mať nžší prúdový odber).

Ako dosiahnuť najlepší pomer motora a vrtule, to nie je na jeden komentár a ani nie na jeden článok, to je tak trochu veda, ale hlavne je to na dlhú debatu.
Odpoveď | 2014-11-25 11:36:17
Pridaj komentár
Meno
Web
Mail
Kontrola Zadajte číslo päť
Text

:-)
:-D
:-(
|-/
:-[]
;-)
8-|
8-o
Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz
  • Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
  • HTML znaky budú prevedené na entity.
  • Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
  • Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)
správca | ICQ-Vaše ICQ | Podpora miniRS | Styl LazyDays | Sk preklad by beekeeper | Veľkosť databázy: 30311.57 kb