קבוע המנוע מסייע בבחירת מנועי DC ביישומי בקרת תנועה. מנועי DC עם וללא מברשות הם בחירה טובה ביישומים רגישים להספק או דורשים יעילות.

פעמים רבות, גיליון נתונים של מנוע או גנרטור ישר (DC) יכלול את קבוע המנוע Km, שהוא רגישות המומנט חלקי השורש הריבועי של התנגדות הסליל. רוב המתכננים רואים בתכונה מנועית פנימית זו נתון אזוטרי בעל ערך שימושי רק למתכנן המנוע, ללא ערך מעשי בבחירת מנועי ישר.

אבל ק"מ יכול לעזור להפחית את התהליך האיטרטיבי בבחירת מנוע ישר מכיוון שהוא בדרך כלל בלתי תלוי בסליל במקרה נתון או בגודל מסגרת המנוע. אפילו במנועי ישר ללא ברזל, שבהם ק"מ תלוי בסליל (עקב שינויים בגורם מילוי הנחושת), הוא נשאר כלי מוצק בתהליך הבחירה.

מכיוון ש-Km אינו מטפל בהפסדים במכשיר אלקטרומכני בכל הנסיבות, ה-Km המינימלי חייב להיות גדול מהמחושב כדי לטפל בהפסדים אלה. שיטה זו היא גם בדיקת מציאות טובה מכיוון שהיא מאלצת את המשתמש לחשב גם את הספק הקלט וגם את הספק הפלט.

קבוע המנוע מתייחס לאופי האלקטרומכני הבסיסי של מנוע או גנרטור. בחירת סליל מתאים היא פשוטה לאחר קביעת גודל מארז או מסגרת חזקים מספיק.

קבוע המנוע Km מוגדר כך:

ק"מ = KT/R0.5

ביישום מנוע DC עם זמינות הספק מוגבלת ומומנט ידוע הנדרש בציר המנוע, ייקבע הקילומטר המינימלי.

עבור יישום מנוע נתון, הקילומטר המינימלי יהיה:

ק"מ = T / (PIN – POUT)0.5

ההספק המנוע יהיה חיובי. PIN הוא פשוט מכפלה של הזרם והמתח, בהנחה שאין שינוי פאזה ביניהם.

קוד סודי = VXI

ההספק היוצא מהמנוע יהיה חיובי, מכיוון שהוא מספק כוח מכני והוא פשוט מכפלה של מהירות הסיבוב ומומנט הסיבוב.

POUT = ω XT

דוגמה לבקרת תנועה כוללת מנגנון הנעה מסוג גנטרי. הוא משתמש במנוע DC ללא ליבה בקוטר 38 מ"מ. הוחלט להכפיל את מהירות הסיבוב ללא שינוי במגבר. נקודת ההפעלה הקיימת היא 33.9 מילינוטון-מטר (4.8 אונקיות-אינץ') ו-2,000 סל"ד (209.44 רדיאנים/שנייה) והספק הקלט הוא 24 וולט ב-1 אמפר. יתר על כן, אין להגדיל את גודל המנוע.

נקודת הפעולה החדשה תהיה במהירות כפולה ובאותו מומנט. זמן התאוצה הוא אחוז זניח מזמן התנועה, ומהירות הסיבוב היא הפרמטר הקריטי.

חישוב הקילומטר המינימלי

ק"מ = T / (PIN – POUT)0.5

ק"מ = 33.9 X 10-3 ניוטון מטר / (24 VX 1A -

418.88 רדאן/שנייה X 33.9 X 10-3 ניוטון מטר) 0.5

ק"מ = 33.9 X 10-3 ניוטון מטר / (24 וואט – 14.2 וואט) 0.5

ק"מ = 10.83 X 10-3 ניוטון מטר/√W

יש לקחת בחשבון את הסבולות של קבוע המומנט והתנגדות הסליל. לדוגמה, אם קבוע המומנט והתנגדות הסליל הם בעלי סבולות של ±12%, המקרה הגרוע ביותר של Km יהיה:

KMWC = 0.88 KT/√(RX 1.12) = 0.832 ק"מ

או כמעט 17% מתחת לערכים נומינליים עם סלילה קרה.

חימום הסליל יפחית עוד יותר את Km מכיוון שהתנגדות הנחושת עולה כמעט 0.4%/°C. וכדי להחמיר את הבעיה, השדה המגנטי ייחלש עם עליית הטמפרטורות. בהתאם לחומר המגנט הקבוע, זה יכול להגיע עד 20% עבור עלייה של 100°C בטמפרטורה. ההנחתה של 20% עבור עלייה בטמפרטורת מגנט של 100°C היא עבור מגנטים של פריט. לניאודימיום-בורון-ברזל יש 11%, ולסמריום קובלט יש כ-4%.

מעניין לציין, שעבור אותו הספק קלט מכני, אם היעד הוא יעילות של 88%, אז הקילומטר המינימלי יעלה מ-1.863 ניוטון מטר/√W ל-2.406 ניוטון מטר/√W. זה שווה ערך לאותה התנגדות סליל אך קבוע מומנט גדול ב-29%. ככל שהיעילות הרצויה גבוהה יותר, כך הקילומטר הנדרש גבוה יותר.

אם במקרה של יישום מנוע ידועים הזרם המרבי הזמין ועומס המומנט הגרוע ביותר, חשב את קבוע המומנט הנמוך ביותר המקובל באמצעות

KT = T/I

לאחר מציאת משפחת מנועים עם קילומטראז' מספיק, יש לבחור סליל בעל קבוע מומנט העולה במעט על המינימום. לאחר מכן, התחילו לקבוע האם הסליל, בכל המקרים של סבילות ואילוצי יישום, יפעל בצורה משביעת רצון.

ברור שבחירת מנוע או גנרטור על ידי קביעת הקילומטר המינימלי ביישומי מנוע רגיש להספק וביישומים של גנרטור המאתגרים יעילות יכולה להאיץ את תהליך הבחירה. השלב הבא יהיה לבחור סליל מתאים ולוודא שכל פרמטרי היישום ומגבלות המנוע/גנרטור מקובלים, כולל שיקולי סבילות לליפוף.

בגלל סבילות ייצור, השפעות תרמיות והפסדים פנימיים, יש תמיד לבחור ק"מ גדול במקצת מהנדרש עבור היישום. נדרשת מידה מסוימת של גמישות מכיוון שאין מספר אינסופי של וריאציות של סלילים זמינות מבחינה מעשית. ככל שהק"מ גדול יותר, כך הוא סלחני יותר בסיפוק דרישות יישום נתון.

באופן כללי, יעילות מעשית מעל 90% עשויה להיות כמעט בלתי ניתנת להשגה. למנועים ולגנרטורים גדולים יותר יש הפסדים מכניים גדולים יותר. זאת בשל הפסדים מיסבים, רוח והפסדים אלקטרומכניים כמו היסטרזיס וזרמי מערבולת. למנועים מסוג מברשות יש גם הפסדים ממערכת הקומוטציה המכנית. במקרה של קומוטציה של מתכות יקרות, פופולרית במנועים ללא ליבה, ההפסדים יכולים להיות קטנים ביותר, פחות מהפסדי המיסבים.

למנועים ולגנרטורים של זרם ישר ללא ברזל כמעט ואין הפסדי היסטרזיס וזרמי מערבולת בגרסת המברשות של עיצוב זה. בגרסאות ללא מברשות, הפסדים אלה, למרות שהם נמוכים, אכן קיימים. הסיבה לכך היא שהמגנט בדרך כלל מסתובב יחסית לחלק האחורי של הברזל של המעגל המגנטי. זה גורם להפסדי זרמי מערבולת והיסטרזיס. עם זאת, ישנן גרסאות זרם ישר ללא מברשות שבהן המגנט והחלק האחורי נעים יחד. במקרים אלה, ההפסדים בדרך כלל נמוכים.