Motor sabiti, hareket kontrol uygulamalarında doğru akım motorlarının seçiminde yardımcı olur. Fırçalı ve fırçasız doğru akım motorları, güç hassasiyeti gerektiren veya verimlilik ihtiyacı olan uygulamalar için iyi bir seçimdir.

Çoğu zaman, bir doğru akım motoru veya jeneratörünün veri sayfasında, tork hassasiyetinin sargı direncinin kareköküne bölünmesiyle elde edilen motor sabiti Km bulunur. Çoğu tasarımcı, bu içsel motor özelliğini, doğru akım motorlarının seçiminde pratik bir değeri olmayan, yalnızca motor tasarımcısı için yararlı olan soyut bir ölçüt olarak görür.

Ancak Km, belirli bir kasa veya motor boyutu için genellikle sargıdan bağımsız olduğundan, doğru akım motoru seçiminde yinelemeli süreci azaltmaya yardımcı olabilir. Km'nin sargıya bağlı olduğu (bakır doluluk oranındaki varyasyonlar nedeniyle) demirsiz doğru akım motorlarında bile, seçim sürecinde sağlam bir araç olmaya devam etmektedir.

Km değeri, elektromekanik bir cihazdaki kayıpları her durumda ele almadığı için, bu kayıpları karşılamak üzere hesaplanan minimum Km değerinden daha büyük bir değer belirlenmelidir. Bu yöntem aynı zamanda iyi bir gerçeklik kontrolü sağlar çünkü kullanıcının hem giriş hem de çıkış gücünü hesaplamasını zorunlu kılar.

Motor sabiti, bir motorun veya jeneratörün temel elektromekanik doğasını ele alır. Yeterince güçlü bir kasa veya gövde boyutu belirlendikten sonra uygun bir sargı seçmek basittir.

Motor sabiti Km şu şekilde tanımlanır:

Km = KT/R0.5

Sınırlı güç kaynağına sahip ve motor milinde gerekli torkun bilindiği bir doğru akım motoru uygulamasında, minimum Km değeri belirlenecektir.

Belirli bir motor uygulaması için minimum Km değeri şu olacaktır:

Km = T / (PIN – POUT)0.5

Motora giren güç pozitif olacaktır. PIN, aralarında faz kayması olmadığı varsayılarak, akım ve voltajın çarpımıdır.

PIN = VXI

Motorun ürettiği güç pozitif olacaktır, çünkü mekanik güç sağlar ve basitçe dönme hızı ile torkun çarpımından oluşur.

POUT = ω XT

Hareket kontrolü örneği olarak, portal tipi bir tahrik mekanizması ele alınmaktadır. Bu mekanizma, 38 mm çapında, çekirdeksiz bir DC motor kullanmaktadır. Amplifikatörde herhangi bir değişiklik yapılmadan dönüş hızının iki katına çıkarılmasına karar verilmiştir. Mevcut çalışma noktası 33,9 mN-m (4,8 oz-in.) ve 2000 rpm (209,44 rad/sn) olup, giriş gücü 1 A'de 24 V'tur. Ayrıca, motor boyutunda herhangi bir artış kabul edilemez.

Yeni çalışma noktası, aynı torkta ve iki kat hızda olacaktır. Hızlanma süresi, hareket süresinin ihmal edilebilir bir yüzdesini oluştururken, dönüş hızı kritik parametredir.

Minimum kilometreyi hesaplama

Km = T / (PIN – POUT)0.5

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

418,88 rad/sn 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

Tork sabiti ve sargı direncinin toleranslarını hesaba katın. Örneğin, tork sabiti ve sargı direnci ±%12 toleransa sahipse, en kötü durumdaki Km değeri şu olacaktır:

KMWC = 0,88 KT/√(RX 1,12) = 0,832 Km

Ya da soğuk sargı ile nominal değerlerin yaklaşık %17 altında.

Sargıların ısınması, bakır özdirencinin yaklaşık %0,4/°C artması nedeniyle Km değerini daha da azaltacaktır. Sorunu daha da kötüleştiren şey ise, manyetik alanın sıcaklık artışıyla zayıflamasıdır. Kalıcı mıknatıs malzemesine bağlı olarak, bu, 100°C'lik bir sıcaklık artışı için %20'ye kadar çıkabilir. 100°C'lik mıknatıs sıcaklık artışı için %20'lik zayıflama, ferrit mıknatıslar için geçerlidir. Neodimyum-bor-demirde bu oran %11, samaryum kobaltta ise yaklaşık %4'tür.

İlginç bir şekilde, aynı mekanik giriş gücü için, hedef %88 verimlilik ise, minimum Km değeri 1,863 Nm/√W'den 2,406 Nm/√W'ye çıkacaktır. Bu, aynı sargı direncine sahip olmakla birlikte %29 daha yüksek bir tork sabiti elde etmeye eşdeğerdir. İstenen verimlilik ne kadar yüksekse, gereken Km değeri de o kadar yüksek olur.

Motor uygulamasında maksimum akım ve en kötü durumdaki tork yükü biliniyorsa, aşağıdaki formülü kullanarak kabul edilebilir en düşük tork sabitini hesaplayın.

KT = T/I

Yeterli Km değerine sahip bir motor ailesi bulduktan sonra, tork sabiti minimum değerin biraz üzerinde olan bir sargı seçin. Ardından, sargının tüm tolerans ve uygulama kısıtlamaları durumlarında tat satisfactorily performans gösterip göstermeyeceğini belirlemeye başlayın.

Açıkça görülüyor ki, güç hassasiyeti yüksek motor ve verimlilik gerektiren jeneratör uygulamalarında minimum Km değerini belirleyerek bir motor veya jeneratör seçmek, seçim sürecini hızlandırabilir. Sonraki adım ise uygun bir sargı seçmek ve sargı toleransı hususları da dahil olmak üzere tüm uygulama parametrelerinin ve motor/jeneratör sınırlamalarının kabul edilebilir olduğundan emin olmaktır.

Üretim toleransları, termal etkiler ve iç kayıplar nedeniyle, her zaman uygulamanın gerektirdiğinden biraz daha büyük bir Km değeri seçilmelidir. Pratik açıdan sonsuz sayıda sargı varyasyonu mevcut olmadığından, belirli bir tolerans payı gereklidir. Km değeri ne kadar büyük olursa, belirli bir uygulamanın gereksinimlerini karşılamada o kadar esnek olur.

Genel olarak, %90'ın üzerindeki pratik verimliliklere ulaşmak neredeyse imkansızdır. Daha büyük motorlar ve jeneratörler daha büyük mekanik kayıplara sahiptir. Bu, yatak, rüzgar ve histerezis ve girdap akımları gibi elektromekanik kayıplardan kaynaklanır. Fırçalı motorlarda ayrıca mekanik komütasyon sisteminden kaynaklanan kayıplar da vardır. Çekirdeksiz motorlarda yaygın olan değerli metal komütasyon durumunda, kayıplar son derece küçük olabilir, hatta yatak kayıplarından bile daha az olabilir.

Fırçalı tipte, demirsiz doğru akım motorları ve jeneratörlerinde neredeyse hiç histerezis ve girdap akımı kaybı yoktur. Fırçasız versiyonlarda ise bu kayıplar düşük olsa da mevcuttur. Bunun nedeni, mıknatısın genellikle manyetik devrenin arka demirine göre dönmesidir. Bu durum girdap akımı ve histerezis kayıplarına neden olur. Bununla birlikte, mıknatıs ve arka demirin birlikte hareket ettiği fırçasız doğru akım versiyonları da vardır. Bu durumlarda kayıplar genellikle düşüktür.