يُساعد ثابت المحرك في اختيار محركات التيار المستمر في تطبيقات التحكم في الحركة. تُعد محركات التيار المستمر ذات الفرشاة وغير الفرشاة خيارًا جيدًا في التطبيقات الحساسة للطاقة أو التي تتطلب كفاءة عالية.

في كثير من الأحيان، تتضمن ورقة بيانات محرك أو مولد التيار المستمر ثابت المحرك (Km)، وهو حساسية عزم الدوران مقسومة على الجذر التربيعي لمقاومة اللفات. ينظر معظم المصممين إلى هذه الخاصية الجوهرية للمحرك على أنها ميزة خفية لا تفيد إلا مصمم المحرك، دون أي قيمة عملية عند اختيار محركات التيار المستمر.

لكن يمكن لـ Km أن يُساعد في تقليل عملية التكرار في اختيار محرك تيار مستمر، لأنه عادةً ما يكون مستقلاً عن اللفات في محرك ذي حجم هيكل أو علبة مُحددة. حتى في محركات التيار المستمر الخالية من الحديد، حيث يعتمد Km على اللفات (بسبب اختلافات في عامل ملء النحاس)، فإنه يظل أداة فعّالة في عملية الاختيار.

لأن الكيلومتر لا يُعالج الخسائر في الأجهزة الكهروميكانيكية في جميع الحالات، يجب أن يكون الحد الأدنى للكيلومتر أكبر من المحسوب لمعالجة تلك الخسائر. تُعدّ هذه الطريقة أيضًا اختبارًا واقعيًا جيدًا لأنها تُجبر المستخدم على حساب كلٍّ من طاقة الإدخال والإخراج.

يُعالج ثابت المحرك الطبيعة الكهروميكانيكية الأساسية للمحرك أو المولد. ويُصبح اختيار اللف المناسب أمرًا سهلاً بعد تحديد حجم هيكل أو غلاف قوي مناسب.

يتم تعريف ثابت المحرك Km على النحو التالي:

كم = KT/R0.5

في تطبيق محرك التيار المستمر مع توفر طاقة محدودة وعزم دوران معروف مطلوب عند عمود المحرك، سيتم ضبط الحد الأدنى لـ Km.

بالنسبة لتطبيق محرك معين، سيكون الحد الأدنى من الكيلومتر هو:

كم = ت / (دبوس – عبوس)0.5

ستكون الطاقة الداخلة إلى المحرك موجبة. PIN هو ببساطة حاصل ضرب التيار في الجهد، بافتراض عدم وجود تحول طوري بينهما.

رقم التعريف الشخصي = VXI

ستكون الطاقة الخارجة من المحرك موجبة، حيث أنها تزود بالطاقة الميكانيكية وهي ببساطة نتاج سرعة الدوران وعزم الدوران.

POUT = ω XT

يتضمن أحد أمثلة التحكم في الحركة آلية دفع من نوع جانتري. يستخدم هذا المحرك محرك تيار مستمر بدون قلب بقطر 38 مم. وقد اتُخذ قرار بمضاعفة سرعة الدوران دون أي تغيير في المُضخِّم. تبلغ نقطة التشغيل الحالية 33.9 ملي نيوتن متر (4.8 أونصة بوصة) و2000 دورة في الدقيقة (209.44 راد/ثانية)، وتبلغ طاقة الدخل 24 فولت عند 1 أمبير. علاوة على ذلك، لا يُسمح بأي زيادة في حجم المحرك.

ستكون نقطة التشغيل الجديدة بضعف السرعة ونفس عزم الدوران. زمن التسارع لا يُذكر من زمن الحركة، وسرعة الانحراف هي العامل الحاسم.

حساب الحد الأدنى من الكيلومتر

كم = ت / (دبوس – عبوس)0.5

كم = 33.9 × 10-3 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 واط – 14.2 واط) 0.5

كم = 10.83 × 10-3 نيوتن متر/√W

احسب تفاوتات ثابت عزم الدوران ومقاومة اللف. على سبيل المثال، إذا كانت تفاوتات ثابت عزم الدوران ومقاومة اللف ±١٢٪، فإن أسوأ حالة لـ Km ستكون:

KMWC = 0.88 KT/√(RX 1.12) = 0.832 كم

أو ما يقرب من 17٪ أقل من القيم الاسمية مع اللف البارد.

سيؤدي تسخين اللفات إلى تقليل قيمة Km بشكل أكبر، حيث ترتفع مقاومة النحاس بنسبة 0.4% تقريبًا/درجة مئوية. ومما يزيد المشكلة سوءًا، أن المجال المغناطيسي سيتضاءل مع ارتفاع درجات الحرارة. وحسب مادة المغناطيس الدائم، قد يصل هذا التضاؤل ​​إلى 20% عند ارتفاع درجة حرارة المغناطيس بمقدار 100 درجة مئوية. ويُلاحظ هذا التضاؤل ​​بنسبة 20% عند ارتفاع درجة حرارة المغناطيس بمقدار 100 درجة مئوية في مغناطيسات الفريت. بينما تبلغ نسبة التضاؤل ​​في مغناطيس النيوديميوم-البورون-الحديد 11%، وفي مغناطيس الساماريوم-الكوبالت حوالي 4%.

من المثير للاهتمام، أنه بنفس قدرة الإدخال الميكانيكية، إذا كان الهدف هو كفاءة 88%، فإن الحد الأدنى لـ Km سيتغير من 1.863 نيوتن متر/√W إلى 2.406 نيوتن متر/√W. وهذا يعادل الحصول على نفس مقاومة اللف، ولكن مع زيادة في عزم الدوران بنسبة 29%. كلما زادت الكفاءة المطلوبة، زادت Km المطلوبة.

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

KT = T/I

بعد العثور على عائلة محركات ذات عزم دوران كافٍ، اختر لفًا ثابت عزم دورانه يتجاوز الحد الأدنى بقليل. ثم ابدأ بتحديد ما إذا كان اللف سيعمل بشكل مُرضٍ في جميع حالات التسامح وقيود التطبيق.

من الواضح أن اختيار محرك أو مولد كهربائي، من خلال تحديد الحد الأدنى للكيلومترات في تطبيقات المحركات الحساسة للطاقة والمولدات التي تتطلب كفاءة عالية، يُسرّع عملية الاختيار. ثم، تتمثل الخطوة التالية في اختيار لف مناسب، والتأكد من أن جميع معلمات التطبيق وحدود المحرك/المولد مقبولة، بما في ذلك اعتبارات تحمل اللفات.

نظرًا لتفاوتات التصنيع، والتأثيرات الحرارية، والخسائر الداخلية، يُنصح دائمًا باختيار كم أكبر قليلًا مما يتطلبه التطبيق. يتطلب الأمر مرونةً معينةً نظرًا لعدم وجود عدد لا نهائي من خيارات اللف المتاحة عمليًا. كلما زاد كم، زادت مرونته في تلبية متطلبات التطبيق.

بشكل عام، قد يكون من الصعب تحقيق كفاءات عملية تتجاوز 90%. تتميز المحركات والمولدات الأكبر حجمًا بخسائر ميكانيكية أكبر. ويعود ذلك إلى خسائر المحامل، وانحراف الرياح، والخسائر الكهروميكانيكية مثل الهستيريسيس والتيارات الدوامية. كما تعاني المحركات ذات الفرشاة من خسائر ناتجة عن نظام التبديل الميكانيكي. في حالة التبديل باستخدام المعادن الثمينة، وهو شائع الاستخدام في المحركات عديمة النواة، يمكن أن تكون الخسائر ضئيلة للغاية، أقل من خسائر المحامل.

محركات ومولدات التيار المستمر الخالية من الحديد تُعاني من خسائر تباطؤ وتيارات إيدي شبه معدومة في تصميم الفرشاة. في الإصدارات الخالية من الفرشاة، توجد هذه الخسائر، وإن كانت منخفضة. يعود ذلك إلى دوران المغناطيس عادةً بالنسبة للحديد الخلفي للدائرة المغناطيسية، مما يُسبب خسائر تباطؤ وتيارات إيدي. مع ذلك، توجد إصدارات تيار مستمر خالية من الفرشاة يتحرك فيها المغناطيس والحديد الخلفي في انسجام. في هذه الحالات، تكون الخسائر عادةً منخفضة.