يساعد ثابت المحرك في اختيار محركات التيار المستمر في تطبيقات التحكم في الحركة. تعد محركات التيار المستمر ذات الفرشاة وبدون فرش خيارًا جيدًا في التطبيقات الحساسة للطاقة أو تطبيقات الكفاءة.

في كثير من الأحيان، ستتضمن ورقة بيانات محرك التيار المستمر أو المولد ثابت المحرك Km، وهو حساسية عزم الدوران مقسومة على الجذر التربيعي لمقاومة اللف. ينظر معظم المصممين إلى خاصية المحرك الجوهرية هذه على أنها شخصية مقصورة على فئة معينة من الجدارة مفيدة فقط لمصمم المحرك، مع عدم وجود قيمة عملية في اختيار محركات التيار المستمر.

لكن Km يمكن أن يساعد في تقليل العملية التكرارية في اختيار محرك التيار المستمر لأنه بشكل عام يكون متعرجًا بشكل مستقل في حالة معينة أو محرك بحجم الإطار. حتى في محركات التيار المستمر غير الحديدية، حيث يعتمد الكيلومتر على اللف (بسبب الاختلافات في عامل التعبئة النحاسي) فإنه يظل أداة قوية في عملية الاختيار.

نظرًا لأن الكيلومترات لا تعالج الخسائر في الجهاز الكهروميكانيكي في جميع الظروف، يجب أن يكون الحد الأدنى للكيلومترات أكبر من المحسوب لمعالجة تلك الخسائر. تعد هذه الطريقة أيضًا اختبارًا جيدًا للواقع لأنها تجبر المستخدم على حساب كل من طاقة الإدخال والإخراج.

يعالج ثابت المحرك الطبيعة الكهروميكانيكية الأساسية للمحرك أو المولد. يعد اختيار الملف المناسب أمرًا بسيطًا بعد تحديد حجم العلبة أو الإطار القوي بشكل كافٍ.

يتم تعريف ثابت المحرك كم على النحو التالي:

كم = كيلوطن/R0.5

في تطبيق محرك التيار المستمر مع توفر طاقة محدود وعزم دوران معروف مطلوب عند عمود المحرك، سيتم تعيين الحد الأدنى للكم.

بالنسبة لتطبيق محرك معين، سيكون الحد الأدنى للكيلومترات هو:

كم = T / (PIN – POUT)0.5

القوة في المحرك ستكون إيجابية. PIN هو ببساطة حاصل ضرب التيار والجهد، على افتراض عدم وجود تحول في الطور بينهما.

رقم التعريف الشخصي = VXI

ستكون الطاقة الخارجة من المحرك موجبة، لأنها توفر الطاقة الميكانيكية وهي ببساطة نتاج سرعة الدوران وعزم الدوران.

العبوس = ω XT

يتضمن مثال التحكم في الحركة آلية محرك من النوع العملاقة. يستخدم محرك DC بدون قلب بقطر 38 مم. تم اتخاذ القرار بمضاعفة السرعة الوافرة دون أي تغيير في مكبر الصوت. نقطة التشغيل الحالية هي 33.9 مليون نيوتن متر (4.8 أونصة بوصة) و2000 دورة في الدقيقة (209.44 راد/ثانية) وطاقة الإدخال هي 24 فولت عند 1 أمبير. علاوة على ذلك، لا توجد زيادة في حجم المحرك مقبولة.

وستكون نقطة التشغيل الجديدة بضعف السرعة وبنفس عزم الدوران. وقت التسارع هو نسبة ضئيلة من وقت التحرك، والسرعة الكبيرة هي المعلمة الحاسمة.

حساب الحد الأدنى للكيلومتر

كم = T / (PIN – POUT)0.5

كم = 33.9X10-3 نيوتن متر / (24 VX 1A -

418.88 راد/ثانية × 33.9 × 10-3 نيوتن متر) 0.5

كم = 33.9 × 10-3 نيوتن متر / (24 وات – 14.2 وات) 0.5

كم = 10.83 × 10-3 نيوتن متر/√واط

مراعاة التفاوتات في عزم الدوران الثابت ومقاومة اللف. على سبيل المثال، إذا كان ثابت عزم الدوران ومقاومة اللف لديهم تفاوتات تبلغ ±12%، فإن أسوأ حالة للكيلومتر ستكون:

KMWC = 0.88 كيلوطن/√(RX 1.12) = 0.832 كم

أو ما يقرب من 17٪ أقل من القيم الاسمية مع لف بارد.

سيؤدي تسخين الملف إلى تقليل الكيلومترات بشكل أكبر نظرًا لارتفاع مقاومة النحاس بنسبة 0.4٪ تقريبًا / درجة مئوية. ولتفاقم المشكلة، فإن المجال المغناطيسي سوف يضعف مع ارتفاع درجات الحرارة. اعتمادًا على مادة المغناطيس الدائم، يمكن أن يصل هذا إلى 20% لارتفاع درجة الحرارة بمقدار 100 درجة مئوية. التوهين بنسبة 20% لارتفاع درجة حرارة المغناطيس بمقدار 100 درجة مئوية مخصص لمغناطيس الفريت. يحتوي النيوديميوم والبورون والحديد على 11%، والكوبالت السماريوم حوالي 4%.

ومن المثير للاهتمام، بالنسبة لنفس قوة الإدخال الميكانيكية، إذا كان الهدف هو كفاءة 88٪، فإن الحد الأدنى للكيلومتر سينتقل من 1.863 نيوتن متر / √ وات إلى 2.406 نيوتن متر / √ وات. وهذا يعادل الحصول على نفس مقاومة اللف ولكن مع ثابت عزم دوران أكبر بنسبة 29%. كلما زادت الكفاءة المطلوبة، زادت المسافة المطلوبة.

إذا كان الحد الأقصى للتيار المتاح في حالة تطبيق المحرك معروفًا وحمل عزم الدوران الأسوأ، فاحسب أقل ثابت عزم دوران مقبول باستخدام

كيلوطن = تي/أنا

بعد العثور على مجموعة محركات ذات كيلومترات كافية، اختر ملفًا له عزم دوران ثابت يتجاوز الحد الأدنى قليلاً. ثم ابدأ في تحديد ما إذا كان أداء اللف مرضيًا في جميع حالات التفاوتات المسموح بها وقيود التطبيق.

من الواضح أن اختيار محرك أو مولد عن طريق تحديد الحد الأدنى من الكيلومترات أولاً في تطبيقات المحركات الحساسة للطاقة والمولدات التي تتحدى الكفاءة يمكن أن يؤدي إلى تسريع عملية الاختيار. ستكون الخطوة التالية بعد ذلك هي اختيار ملف مناسب والتأكد من أن جميع معلمات التطبيق وقيود المحرك/المولد مقبولة، بما في ذلك اعتبارات التسامح مع الملف.

بسبب تفاوتات التصنيع، والتأثيرات الحرارية، والخسائر الداخلية، يجب على المرء دائمًا اختيار كيلومتر أكبر إلى حد ما مما يتطلبه التطبيق. هناك حاجة إلى قدر معين من خطوط العرض نظرًا لعدم وجود عدد لا حصر له من الاختلافات المتعرجة المتاحة من وجهة نظر عملية. كلما كانت الكيلومترات أكبر، كلما كان ذلك أكثر تسامحًا في تلبية متطلبات تطبيق معين.

بشكل عام، قد يكون تحقيق الكفاءة العملية التي تزيد عن 90% أمرًا غير ممكن عمليًا. المحركات والمولدات الأكبر حجمًا لها خسائر ميكانيكية أكبر. ويرجع ذلك إلى المحمل وانحراف القذيفه بفعل الهواء والخسائر الكهروميكانيكية مثل التباطؤ والتيارات الدوامة. تعاني المحركات من نوع الفرشاة أيضًا من خسائر من نظام التبديل الميكانيكي. في حالة تخفيف المعادن الثمينة، الشائعة في المحركات عديمة النواة، يمكن أن تكون الخسائر صغيرة جدًا، أقل من خسائر التحمل.

لا تحتوي محركات ومولدات التيار المستمر الخالية من الحديد تقريبًا على أي تباطؤ أو خسائر في التيار الدوامي في متغير الفرشاة لهذا التصميم. في الإصدارات التي لا تحتوي على فرش، توجد هذه الخسائر، على الرغم من انخفاضها. وذلك لأن المغناطيس يدور عادة بالنسبة للحديد الخلفي للدائرة المغناطيسية. وهذا يؤدي إلى خسائر التيار الدوامي والتباطؤ. ومع ذلك، هناك إصدارات DC بدون فرش والتي يتحرك فيها المغناطيس والحديد الخلفي في انسجام تام. وفي هذه الحالات، عادة ما تكون الخسائر منخفضة.