Константа двигуна допомагає у виборі двигунів постійного струму для програм керування рухом. Щіточні та безщіточні двигуни постійного струму є хорошим вибором для чутливих до потужності або ефективних додатків.

У багатьох випадках таблиця даних двигуна постійного струму або генератора містить постійну двигуна Km, яка є чутливістю крутного моменту, поділеною на квадратний корінь із опору обмотки. Більшість дизайнерів розглядають цю внутрішню властивість двигуна як езотеричну цифру заслуг, корисну лише для розробника двигунів, яка не має практичної цінності у виборі двигунів постійного струму.

Але Km може допомогти зменшити ітераційний процес у виборі двигуна постійного струму, оскільки він, як правило, не залежить від обмотки в даному корпусі чи двигуні розміру корпусу. Навіть у беззалізних двигунах постійного струму, де Km залежить від обмотки (через варіації коефіцієнта заповнення міддю), він залишається надійним інструментом у процесі вибору.

Оскільки Km не враховує втрати в електромеханічному пристрої за будь-яких обставин, мінімальний Km повинен бути більшим, ніж розрахований для усунення цих втрат. Цей метод також добре перевіряє реальність, оскільки він змушує користувача обчислювати як вхідну, так і вихідну потужність.

Константа двигуна стосується фундаментальної електромеханічної природи двигуна або генератора. Вибір відповідної обмотки простий після визначення достатньо потужного корпусу або розміру рами.

Константа двигуна Km визначається як:

Км = KT/R0,5

У застосуванні двигуна постійного струму з обмеженою потужністю та відомим крутним моментом, необхідним на валу двигуна, буде встановлено мінімальний Км.

Для даного застосування двигуна мінімальний кілометр буде:

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Потужність двигуна буде позитивною. PIN - це просто добуток сили струму та напруги, припускаючи відсутність фазового зсуву між ними.

PIN = VXI

Вихідна потужність двигуна буде додатною, оскільки він постачає механічну потужність і є просто добутком швидкості обертання та крутного моменту.

POUT = ω XT

Приклад керування рухом включає механізм приводу портального типу. Він використовує двигун постійного струму без сердечника діаметром 38 мм. Прийнято рішення подвоїти швидкість наростання без змін у підсилювачі. Існуюча робоча точка становить 33,9 мН·м (4,8 унції дюйма) і 2000 об/хв (209,44 рад/с), а вхідна потужність становить 24 В при 1 А. Крім того, збільшення розміру двигуна неприпустимо.

Нова робоча точка матиме подвійну швидкість і той самий крутний момент. Час прискорення становить незначний відсоток від часу руху, а швидкість повороту є критичним параметром.

Розрахунок мінімального Км

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Км = 33,9 X 10-3 Нм / (24 VX 1A -

418,88 рад/с X 33,9 X 10-3 Нм) 0,5

Км = 33,9 X 10-3 Нм / (24 Вт – 14,2 Вт) 0,5

Км = 10,83 X 10-3 Нм/√Вт

Враховуйте допуски постійного крутного моменту та опору обмотки. Наприклад, якщо постійний крутний момент і опір обмотки мають допуски ±12%, Km у найгіршому випадку буде:

KMWC = 0,88 KT/√(RX 1,12) = 0,832 км

або майже на 17% нижче номінальних значень з холодною обмоткою.

Нагрівання обмотки ще більше зменшить Km, оскільки питомий опір міді зростає майже на 0,4%/°C. І щоб посилити проблему, магнітне поле буде слабшати з підвищенням температури. Залежно від матеріалу постійного магніту це може становити до 20% для підвищення температури на 100°C. 20% ослаблення для підвищення температури магніту на 100°C призначене для феритових магнітів. Неодим-бор-залізо має 11%, а самарій-кобальт близько 4%.

Цікаво, що для тієї самої механічної вхідної потужності, якщо цільова ефективність становить 88%, тоді мінімальний Км зміниться з 1,863 Нм/√Вт до 2,406 Нм/√Вт. Це еквівалентно тому самому опору обмотки, але на 29% більшому постійному крутному моменту. Чим вищий бажаний ККД, тим вищий необхідний Км.

Якщо у випадку застосування двигуна відомі максимальний доступний струм і найгірше навантаження крутного моменту, обчисліть найменшу допустиму постійну крутного моменту за допомогою

KT = T/I

Знайшовши сімейство двигунів з достатньою кількістю кілометрів, виберіть обмотку, яка має постійний крутний момент, який трохи перевищує мінімальний. Потім почніть визначати, чи буде обмотка задовільно працювати в усіх випадках допусків і обмежень застосування.

Зрозуміло, що вибір двигуна або генератора шляхом попереднього визначення мінімального кілометражу в двигунах, чутливих до потужності, і генераторах, що мають складну ефективність, може прискорити процес вибору. Наступним кроком буде вибір відповідної обмотки та переконання, що всі параметри застосування та обмеження двигуна/генератора прийнятні, включаючи міркування щодо допуску обмотки.

Через виробничі допуски, термічні ефекти та внутрішні втрати завжди слід вибирати кілометри, дещо більші, ніж вимагає застосування. Потрібна певна широта, оскільки з практичної точки зору не існує нескінченної кількості варіацій намотування. Чим більший Км, тим більш простий він у задоволенні вимог певної програми.

Загалом практична ефективність вище 90% може бути практично недосяжною. Більші двигуни та генератори мають більші механічні втрати. Це пов’язано з підшипниками, вітром і електромеханічними втратами, такими як гістерезис і вихрові струми. Щіткові двигуни також мають втрати від механічної системи комутації. У випадку комутації з дорогоцінних металів, популярної серед двигунів без сердечника, втрати можуть бути надзвичайно малими, меншими, ніж втрати в підшипниках.

Беззалізні двигуни постійного струму та генератори практично не мають гістерезису та втрат на вихрові струми в щітковому варіанті цієї конструкції. У безщіткових версіях ці втрати, хоч і невеликі, все ж існують. Це пояснюється тим, що магніт зазвичай обертається відносно задньої частини магнітного кола. Це викликає вихрові струми та втрати на гістерезис. Однак існують безщіточні версії постійного струму, у яких магніт і задня праска рухаються в унісон. У цих випадках втрати зазвичай невеликі.