Moottorin vakio auttaa valitsemaan tasavirtamoottoreita liikkeenohjaussovelluksissa. Harjatut ja harjattomat tasavirtamoottorit ovat hyvä valinta tehoherkissä tai tehokkuutta kaipaavissa sovelluksissa.

Usein tasavirtamoottorin tai generaattorin tietolehti sisältää moottorin vakion Km, joka on vääntömomentin herkkyys jaettuna käämivastuksen neliöjuurella. Useimmat suunnittelijat näkevät tämän sisäisen moottorin ominaisuuden esoteerisena ansiona, joka on hyödyllinen vain moottorisuunnittelijalle, jolla ei ole käytännön arvoa tasavirtamoottoreiden valinnassa.

Mutta Km voi auttaa vähentämään iteratiivista prosessia tasavirtamoottorin valinnassa, koska se on yleensä käämistä riippumaton tietyssä tapauksessa tai runkokokoisessa moottorissa. Jopa raudattomissa tasavirtamoottoreissa, joissa Km riippuu käämityksestä (kuparin täyttökertoimen vaihteluiden vuoksi), se pysyy vakaana työkaluna valintaprosessissa.

Koska Km ei huomioi sähkömekaanisen laitteen häviöitä kaikissa olosuhteissa, vähimmäisKm:n on oltava suurempi kuin laskettu näiden häviöiden korjaamiseksi. Tämä menetelmä on myös hyvä todellisuuden tarkistus, koska se pakottaa käyttäjän laskemaan sekä tulo- että lähtötehon.

Moottorivakio käsittelee moottorin tai generaattorin perussähkömekaanista luonnetta. Sopivan käämin valinta on helppoa riittävän tehokkaan kotelon tai rungon koon määrittämisen jälkeen.

Moottorin vakio Km määritellään seuraavasti:

Km = KT/R0,5

Tasavirtamoottorisovelluksessa, jossa tehon saatavuus on rajoitettu ja moottorin akselilta vaadittu vääntömomentti on tunnettu, asetetaan minimi Km.

Tietyssä moottorisovelluksessa minimikm on:

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Moottorin teho on positiivinen. PIN on yksinkertaisesti virran ja jännitteen tulo, olettaen, että niiden välillä ei ole vaihesiirtoa.

PIN = VXI

Moottorin teho on positiivinen, koska se antaa mekaanista tehoa ja on yksinkertaisesti pyörimisnopeuden ja vääntömomentin tulo.

POUT = ω XT

Liikeohjausesimerkki sisältää portaalityyppisen käyttömekanismin. Se käyttää halkaisijaltaan 38 mm:n sydämetöntä tasavirtamoottoria. Päätös kaksinkertaistaa kiertonopeus ilman muutoksia vahvistimessa. Nykyinen toimintapiste on 33,9 mN-m (4,8 oz-in.) ja 2000 rpm (209,44 rad/sek) ja syöttöteho on 24 V 1 A:lla. Lisäksi moottorin koon lisäystä ei voida hyväksyä.

Uusi toimintapiste on kaksinkertainen nopeudella ja samalla vääntömomentilla. Kiihtyvyysaika on mitätön prosenttiosuus liikeajasta, ja kääntönopeus on kriittinen parametri.

Minimikm laskeminen

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Km = 33,9 x 10-3 Nm / (24 VX 1A -

418,88 rad/s x 33,9 x 10-3 Nm) 0,5

Km = 33,9 x 10-3 Nm / (24 W – 14,2 W) 0,5

Km = 10,83 X 10-3 Nm/√W

Ota huomioon vääntömomenttivakion ja käämitysvastuksen toleranssit. Jos esimerkiksi vääntömomenttivakiolla ja käämivastuksen toleranssilla on ±12 %, Km pahin tapaus on:

KMWC = 0,88 KT/√(RX 1,12) = 0,832 km

tai lähes 17 % alle nimellisarvot kylmällä käämityksellä.

Käämin lämmitys pienentää edelleen Km, koska kuparin ominaisvastus nousee lähes 0,4 %/°C. Ja ongelman pahentamiseksi magneettikenttä heikkenee lämpötilan noustessa. Kestomagneettimateriaalista riippuen tämä voi olla jopa 20 %, kun lämpötila nousee 100 °C. 20 %:n vaimennus 100°C magneetin lämpötilan nousulle on ferriittimagneeteille. Neodyymi-boori-rauta sisältää 11 % ja samariumkoboltti noin 4 %.

Mielenkiintoista on, että samalla mekaanisella syöttöteholla, jos tavoite on 88 % hyötysuhde, niin pienin Km muuttuisi arvosta 1,863 Nm/√W arvoon 2,406 Nm/√W. Tämä vastaa samaa käämivastusta, mutta 29 % suurempaa vääntömomenttivakiota. Mitä korkeampi hyötysuhde halutaan, sitä suurempi kilometri vaaditaan.

Jos moottorisovelluksen tapauksessa tiedetään suurin käytettävissä oleva virta ja pahin momenttikuorma, laske pienin hyväksyttävä vääntömomenttivakio käyttämällä

KT = T/I

Kun olet löytänyt moottoriperheen, jolla on riittävä Km, valitse käämi, jonka vääntömomenttivakio on hieman minimiä suurempi. Aloita sitten sen määrittäminen, toimiiko käämi kaikissa toleranssien ja sovellusrajoitusten tapauksissa tyydyttävästi.

On selvää, että moottorin tai generaattorin valitseminen määrittämällä ensin minimikm tehoherkissä moottoreissa ja tehokkuuden kannalta haastavissa generaattorisovelluksissa voi nopeuttaa valintaprosessia. Seuraava vaihe on sitten valita sopiva käämi ja varmistaa, että kaikki sovellusparametrit ja moottorin/generaattorin rajoitukset ovat hyväksyttäviä, mukaan lukien käämien toleranssia koskevat näkökohdat.

Valmistustoleransseista, lämpövaikutuksista ja sisäisistä häviöistä johtuen on aina valittava Km, joka on hieman suurempi kuin sovellus vaatii. Tietty leveysaste tarvitaan, koska käytännön näkökulmasta käämitysmuunnelmia ei ole saatavilla loputtomasti. Mitä suurempi km, sitä anteeksiantavampi se täyttää tietyn sovelluksen vaatimukset.

Yleensä yli 90 %:n käytännön hyötysuhteet voivat olla käytännössä saavuttamattomia. Suuremmilla moottoreilla ja generaattoreilla on suuremmat mekaaniset häviöt. Tämä johtuu laakerista, tuuletuksesta ja sähkömekaanisista häviöistä, kuten hystereesistä ja pyörrevirroista. Harjatyyppisissä moottoreissa on myös häviöitä mekaanisesta kommutointijärjestelmästä. Jalometallikommutaatiossa, joka on suosittu ytimettömien moottoreiden kanssa, häviöt voivat olla erittäin pieniä, pienempiä kuin laakerihäviöt.

Raudattomissa tasavirtamoottoreissa ja generaattoreissa ei käytännössä ole hystereesiä ja pyörrevirtahäviöitä tämän mallin harjaversiossa. Harjattomissa versioissa nämä häviöt ovat kuitenkin pieniä, vaikka ne ovatkin pieniä. Tämä johtuu siitä, että magneetti yleensä pyörii suhteessa magneettipiirin takarautaan. Tämä aiheuttaa pyörrevirta- ja hystereesihäviöitä. On kuitenkin olemassa harjattomia tasavirtaversioita, joissa magneetti ja takarauta liikkuvat yhdessä. Näissä tapauksissa tappiot ovat yleensä pieniä.