Как измерить максимальный вес, который может двигать двигатель постоянного тока?


10

Мы работаем над проектом электромобиля с компьютерным управлением, который основан на шасси ATV.

В то время как я искал двигатель постоянного тока для перемещения этого транспортного средства (который оценивается в 350 кг), я нашел электрический мотор для инвалидных колясок. Это 500 Вт, 108 об / мин, двигатель 24 В постоянного тока и имеет собственный дифференциал. Продавец сказал мне, что он может двигаться до 540 кг. Я не знаю, на каком факте это число основано.

У меня также есть 500 Вт, 1500 об / мин, двигатель 24 В постоянного тока. Если я уменьшу число оборотов в минуту и ​​увеличу крутящий момент при таком же передаточном числе электродвигателя инвалидной коляски с помощью редукторов, могу ли он двигаться до 540 кг? Или максимальный вес двигателя может зависеть от других факторов? Как я могу измерить это?

Заранее спасибо.


5
Вы не измеряете это прежде, чем вычислите это. Это базовая физика. У вас есть объект с определенным весом, для изменения его скорости вам потребуется количество энергии. Также нужно преодолеть трение, чтобы поддерживать его на определенной скорости. Необходимая энергия поступает от двигателя. Моторы с большей мощностью могут подавать такое же количество энергии за меньшее время. Итак: изучайте физику и делайте расчеты.
Bimpelrekkie

8
О, и: никогда не доверяй продавцу. Конечно, двигатель может двигаться на 540 кг, то, насколько он может двигаться, зависит не от двигателя, а от трения, который вес имеет к его окружению. В космосе вы можете перемещать 540 кг пальцем .
Bimpelrekkie

1
Двигатель, который вращает вращающийся ресторан на вершине космической иглы в Сиэтле, имеет порядок двигателя с одним HP. Уверяю вас, ресторан весит более 540 кг. Ваш вопрос не подлежит ответственности, если вы не знаете, как быстро вы хотите, чтобы вещь вращалась, и какие силы работают, чтобы замедлить ее .
Эрик Липперт

1
Для сравнения: у Tesla Model S мощность 270000 Вт, что в 500 раз больше, чем у вас.
MSalters

1
Дайте мне рычаг и место, чтобы встать, и я переверну мир. То же самое можно сказать и о зацеплении.
Стив

Ответы:


21

"Продавец сказал мне ..." LOL! Если бы физика была его вещью, он, вероятно, не был бы продавцом. В любом случае его работа заключается в продаже, независимо от того, работает ваше устройство или нет.

Первое, что вам нужно решить, это то, сколько мощности должен иметь двигатель. Затем вы можете беспокоиться о крутящем моменте и скорости позже. Их можно обменять друг на друга, но вы не можете обмануть физику, которая требует определенной мощности для определенных задач.

Есть два критерия конечного пользователя, на которые нужно обратить внимание, чтобы определить мощность. Вот как быстро вы хотите иметь возможность ускоряться, и какую минимальную скорость вы хотите, чтобы иметь возможность подняться на приличный холм. Я буду использовать критерий холма в качестве примера.

Допустим, вы хотите получить 20 миль в час до 20%. Оценка 20% означает, что вы поднимаетесь на 1 часть за каждые 5 вперед. Поскольку единственная физическая работа, которая делается, идет вверх, проблема сводится к увеличению 350 кг прямо на 4 миль в час. 4 миль в час - 1,8 м / с, а здесь, на земле, 350 кг весит 3,43 кН. Следовательно, израсходованная мощность:

  (1,8 м / с) (3,43 кН) = 6,13 кВт

Конечно, придется преодолеть некоторое трение, так что в этом примере вам понадобится около 10 кВт. Поскольку 500 Вт даже не близко, вы должны либо указать гораздо более низкую производительность, либо получить гораздо больший двигатель (и источник питания для его питания).

Давайте перевернем это и посмотрим, что может сделать 500 Вт.

  (500 Вт) / (3,43 кН) = 146 мм / с

Вот так быстро 500 Вт могут поднять весь агрегат прямо вверх. Применяя это к 20% уклону, например, он может двигаться со скоростью 5х, или 730 мм / с, или 1,63 миль в час. В действительности будут потери на трение и другие потери, поэтому, вероятно, не более 500 мм / с = 1,1 миль в час.

Добавлено про крутящий момент

Вы должны начать с питания, как описано выше. После того, как вы определились, какую мощность должен выдавать двигатель, вы сталкиваетесь с компромиссом крутящего момента и скорости. Вы можете выяснить, какой крутящий момент / скорость вам нужен на колесах, но обычно это будет слишком медленный и слишком высокий крутящий момент, чтобы разумный электрический двигатель мог производить напрямую. В результате между валом колеса и валом двигателя будет некоторое зацепление. Так как в любом случае есть передача, выберите хороший двигатель и затем спроектируйте передаточное число соответственно, а не наоборот.

Чтобы взглянуть на это в перспективе, давайте посмотрим на требуемый крутящий момент и скорость, поднявшись на 20% при 20 милях в час, как описано выше. Допустим, колеса имеют диаметр 500 мм, радиус 250 мм, окружность 1,57 м. 20 миль в час составляет 8,9 м / с, поэтому колесо должно вращаться с частотой 5,7 Гц. Вы вряд ли получите подходящий двигатель с максимальной мощностью и эффективностью при 5,7 Гц (342 об / мин). Вы, вероятно, в конечном итоге получите передаточное число от 5х до 10х, в зависимости от наилучшего двигателя, который вы найдете.

Например, предположим, вы решили, что вам нужен двигатель 10 кВт. Это может быть 60 Гц (3600 об / мин) и 26,5 Нм, 20 Гц и 80 Нм, или множество других комбинаций, которые все дают 10 кВт. Подходящие двигатели будут доступны только в ограниченной комбинации, и передача в любом случае, вероятно, будет изготовлена ​​на заказ. Выберите двигатель, затем позвольте ему определять передаточное число.


Спасибо за ваш ответ, но у меня все еще есть некоторые вопросы: когда важен крутящий момент? Кроме того, как вычисления изменяются для прямого горизонтального пути, это то же самое, что и для подъема прямо вверх? Извините за отсутствие знаний по физике.
Керем Заман

С правильной передачей вы можете изменить крутящий момент, как вы хотите. Вам понадобится определенный крутящий момент колеса, чтобы подняться по градиенту или ускориться в определенное время (и преодолеть трение и сопротивление воздуха на более высоких скоростях). Для примера Olin Lathrops крутящий момент колеса составляет 3,43 кН * радиус колеса. Обороты в минуту при 500 Вт (146 мм / окружность колеса) * 60. Таким образом, с колесом диаметром 30 см вам потребуется крутящий момент на колесе 514 Нм, и вы получите 58,4 об / мин при максимальной мощности двигателя. Посмотрите таблицу данных двигателя для кривой оборотов / крутящий момент / мощность.
Майкл

@Kerem: я обновил свой ответ, чтобы обсудить крутящий момент, который также в основном то, что сказал Майкл.
Олин Латроп

Спасибо за добавление. Глупо, я забыл умножить мой радиус на 2pi для окружности, и я больше не могу редактировать.
Майкл

Возможно, стоит упомянуть, что вы используете механическую выходную мощность в своих уравнениях, тогда как двигатели могут быть определены с точки зрения электрической (входной) мощности. Реальные двигатели работают далеко не на 100%, поэтому значительная часть потребляемой электрической энергии будет рассеиваться в виде тепла из-за резистивного нагрева и трения.
Мэлс
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.