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.