Отношение крутящего момента к скорости в двигателе постоянного тока

8

У меня есть концептуальные сомнения относительно соотношения крутящего момента и скорости в двигателях постоянного тока. Возможно, это пробел в моем мышлении, но я все равно задаю этот вопрос.

Крутящий момент и скорость в двигателе постоянного тока считаются обратно пропорциональными. Но разве увеличение крутящего момента не приводит к увеличению углового ускорения и, следовательно, угловой скорости?

Я знаю, что обратная ЭДС / противо-ЭДС отвечает за обратную связь, но мне кажется, что она противоречит интуитивному. Что происходит с угловым ускорением, угловой скоростью при увеличении крутящего момента и куда идет вся эта работа?

— Винеет Каушик
источник

11

Концептуально, вы должны думать об этом немного по-другому. Я так думаю , что вы думаете об этом вроде как крутящий момент в автомобиле. Автомобиль с большим крутящим моментом будет ускоряться быстрее и связан с увеличением скорости. Другими словами, вы нажимаете на педаль газа, чтобы увеличить скорость, и для этого вам нужен крутящий момент.

Однако, когда вы говорите о взаимосвязи между скоростью и крутящим моментом двигателя постоянного тока, то вы должны думать об этом по-другому. Для данного двигателя с постоянным входным напряжением скорость двигателя будет определяться нагрузкой на вал двигателя. Для данной нагрузки единственный способ увеличить скорость - увеличить напряжение. И это увеличение скорости потребует еще большего крутящего момента для ускорения, но после того, как оно достигнет своей новой скорости, крутящий момент вернется к своему первоначальному крутящему моменту (если, конечно, нагрузка не зависит от скорости - как в вентиляторе).

Поэтому, возможно, вам лучше подумать об этом, вместо того чтобы сказать: «Крутящий момент и скорость в двигателе постоянного тока считаются обратно пропорциональными», говорите « Для заданного напряжения крутящий момент и скорость в двигателе постоянного тока считаются обратно пропорциональными». пропорционально «. Кривая скорость-крутящий момент, которую вы видите в технических паспортах, действительна только для номинального напряжения, и двигатель будет работать по этой кривой. Поэтому, если крутящий момент возрастает, скорость будет следовать этой кривой и снижаться.

— Эрик
источник

1

Просто быстрый пример. Представьте себе двигатель постоянного тока, приводящий ленточный конвейер в постоянное напряжение. Что он может нести быстрее, 1 кг или 100 кг? Конечно, 1 кг, потому что это требует меньшего вращающего момента, это легко для двигателя, и это может пойти с более высокими оборотами в минуту. При нагрузке в 100 кг требуется больший крутящий момент, он тяжелее для двигателя и работает с меньшими оборотами. Таким образом, крутящий момент не увеличивается на входном напряжении, а увеличивается, поскольку нагрузка требует минимального крутящего момента, поэтому двигатель постоянного тока жертвует скоростью, чтобы получить этот крутящий момент.

— Фаррух

Exact. Кроме того, двигатель постоянного тока можно рассматривать как двигатель со встроенным регулятором нагрузки, то есть значение обратной эдс, оно изменяется со скоростью, так что потребляемый ток удовлетворяет потребность в крутящем моменте нагрузки, d динамические изменения скорости устанавливаются до стабильной точки на кривая скорости крутящего момента, так что крутящий момент двигателя равен крутящему моменту нагрузки, и тогда двигатель работает с соответствующей скоростью. Точка рабочей скорости при этом крутящем моменте (для данного напряжения и других параметров) является фиксированной и может быть изменена путем соответствующего изменения характеристик скоростного крутящего момента. Поэтому не нужно добавлять дополнительный крутящий момент, вместо этого вы приводите в движение дополнительную нагрузку, следовательно, меньшую скорость

— Deep

4

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Это устойчивое приближение двигателя постоянного тока, который довольно хорошо работает с некоторыми типами двигателей постоянного тока (см. Комментарий supercat). Так как устойчивое состояние, индуктивность якоря $L_a$ пренебрегают. У нас есть следующее:

\begin{aligned} V & = input dc voltage \\ R_{a} & = armature resistance \\ E_{b} & = back-e.m.f \\ ω & = angular rotational frequency of shaft = \frac{2 π \cdot speed}{60} \\ I_{a} & = armature current \\ K_{e} & = back-e.m.f constant \\ K_{T} & = torque constant \\ T & = shaft torque \end{aligned}

$\begin{align} V &= \text{input dc voltage}\\ R_a &= \text{armature resistance}\\ E_b &=\text{back-e.m.f}\\ \omega &= \text{angular rotational frequency of shaft} \ =\frac{2\pi \cdot \text{speed}}{60}\\ I_a &= \text{armature current}\\ K_e &= \text{back-e.m.f constant}\\ K_T &= \text{torque constant}\\ T &= \text{shaft torque} \end{align}$

и применяются следующие уравнения:

\begin{aligned} E_{b} & = K_{e} \cdot ω . . . (1) \\ T & = K_{T} \cdot I_{a} . . . (2) \\ E_{b} & = V - I_{a} R_{a} . . . (3) (obtained from equivalent circuit shown) \\ from the above 3 equations, \\ T & = \frac{K_{T} V}{R_{a}} - \frac{K_{e} K_{T} ω}{R_{a}} \end{aligned}

$\begin{align} E_b &=K_e \cdot \omega ...(1) \\ T &= K_T\cdot I_a ...(2) \\ E_b &= V-I_a R_a ...(3) (\text{obtained from equivalent circuit shown})\\ \text{from the above 3 equations,} \\ T&=\frac{K_T V}{R_a}-\frac{K_e K_T \ \omega}{R_a} \end{align}$

Уравнение, связывающее крутящий момент и скорость (или частоту), приведено ниже, четко показывая, что крутящий момент обратно пропорционален скорости: введите описание изображения здесь

— К. Рмм
источник

Другие ответы в достаточной мере удовлетворяют ваши концептуальные сомнения. Мой ответ сосредоточен только на соотношении крутящего момента и скорости.

— К. Rmth

Я не думаю, что это хорошее приближение для двигателей с последовательной намоткой, только если ток фиксирован, или для двигателей с шунтирующей обмоткой, только если напряжение фиксировано. В противном случае «постоянный» крутящий момент двигателя будет зависеть от тока якоря, который, в свою очередь, будет зависеть от падения напряжения на роторе, который, в свою очередь, будет зависеть от [не] постоянного крутящего момента. Обратите внимание, что последовательный двигатель с постоянным напряжением работал бы бесконечно быстро при отсутствии механического трения или нагрузки (несмотря на наличие электрического сопротивления!)

— суперкат

@supercat: да, мой плохой, так как у меня была привычка работать с этим типом эквивалентной схемы и для упомянутых вами двигателей, предполагая, что двигатель работает в диапазоне, где изменения незначительны. Я отредактировал свой ответ после вашего комментария.

— К. Rmth

Что произойдет, если вы будете питать двигатель от источника постоянного тока вместо обычного источника напряжения?

— richard1941

3

Для постоянной мощности, подаваемой на механическую нагрузку, крутящий момент и скорость, умноженные вместе, являются постоянными Это основное определение власти, т.е.

Мощность = $2\pi n T$ где n - обороты в секунду, а T - крутящий момент.

Увеличение крутящего момента (и под увеличением крутящего момента я имею в виду угловую силу, возникающую при увеличении механической нагрузки) естественным образом приводит к замедлению якоря, если мощность в нем постоянна.

Однако «двигатель постоянного тока» может означать что угодно, и довольно много двигателей будут иметь обмотки возбуждения, которые демонстрируют эффекты типа «постоянной мощности», в то время как другие (с разными обмотками возбуждения) будут работать в качестве регуляторов постоянной скорости и, таким образом, для увеличения крутящего момента (из-за нагрузка), скорость остается практически постоянной.

Другие типы двигателей постоянного тока могут иметь электронные контроллеры, которые делают то же самое; они чувствуют ток и по мере его увеличения увеличивают постоянное напряжение на якорь, и это может достигать почти постоянной скорости.

Я думаю, что вы путаете настоящий крутящий момент со способностью (или потенциалом) доставлять настоящий крутящий момент. Без механической нагрузки крутящий момент не имеет смысла, кроме механических потерь в двигателе.

— Энди ака
источник

0

Общее правило с чистящими машинами постоянного тока:

Текущий ~ = Крутящий момент

Напряжение ~ = (угловая) Скорость

(чтобы быть справедливым, почти все машины тоже следуют этому, но это становится все менее и менее пропорциональным и более «каким-то образом связанным», например, freq)

У вас есть две константы (вид констант), когда речь идет о электрических машинах

Kt & Ke

Ке - постоянная напряжения открытого терминала с единицами измерения: Вольт / Вт. Это производит BackEMF

Kt - постоянная крутящего момента в единицах: Нм / А

в теории Ke == Kt, но на Kt влияют характеристики железа (следовательно, почему существуют два).

Причина, по которой крутящий момент и скорость считаются обратно пропорциональными, заключается в том, что способность генерировать крутящий момент уменьшается с увеличением скорости.

Причина этого в том, что BackEMF противодействует источнику питания, который пытается подать ток в статор, который генерирует EM-Torque.

Вы правы в том, что для определенного применения крутящего момента определенное количество ускорения будет генерироваться на основе инерции ротора и инерции нагрузки, НО этот крутящий момент также будет уменьшаться с увеличением скорости (обмотка, подшипники и т. Д.). Таким образом, между уменьшающейся способностью нагнетать ток в машину при увеличении скорости и повышенными потерями при более высокой скорости скорость ускорения будет уменьшаться до тех пор, пока не будет достигнута конечная скорость вращения (или некоторая нагрузочная скорость по сравнению с крутящим моментом нагрузки и генерируемым крутящим моментом). )

— JonRB
источник

0

Я согласен, что увеличение крутящего момента определенно увеличит угловое ускорение, но это не значит, что скорость всегда будет увеличиваться при увеличении крутящего момента или ускорения, для увеличения скорости крутящий момент должен быть положительным (в направлении угловой скорости), не обязательно увеличивая. предположим, угловая скорость = + 50 рад / с Eg1: крутящий момент1 = +5 Нм, крутящий момент2 = скорость +10, увеличивающая оба случая. Например: крутящий момент1 = + 5 Нм, крутящий момент2 = +3 скорость все еще увеличивается даже после уменьшения крутящего момента, но определенно с меньшей скоростью.

Например, крутящий момент1 = -5 Нм, крутящий момент2 = -10, скорость уменьшается в обоих случаях. Например: крутящий момент1 = -5 Нм, крутящий момент2 = -3 скорость все еще уменьшается даже после увеличения крутящего момента, но определенно с меньшей скоростью.

Во всех примерах угловая скорость считается положительной.

Так что я думаю, у вас есть сомнения в основной динамике, а не в машине.

— user155331
источник

0

Любой ответ, который, по-видимому, отрицает ускорение, пропорционален крутящему моменту или что мощность не пропорциональна скорости, это просто бессмыслица. Здесь есть ответы, которые, кажется, отрицают это, но одеты в изощренный (= ложная мудрость) язык. Итак, давайте будем простыми. Если вы увеличиваете крутящий момент, вы увеличиваете скорость, ЕСЛИ НЕ увеличиваете нагрузку. Важно помнить, что у электродвигателей есть обратная ЭДС (двигатель тоже генератор), который увеличивается со скоростью и ограничивает эффективное напряжение и, следовательно, ток и, следовательно, крутящий момент. Но больше крутящего момента? Больше скорости Ссылка Исаака Ньютона.

— Пол Б
источник

Больше крутящего момента двигателя -> Больше скорости. Но больший крутящий момент и постоянная мощность -> меньшая скорость. Но, эй, это двигатель постоянного тока, он всегда "регулирует" крутящий момент вала, чтобы быть равным крутящему моменту нагрузки! В отличие от дизельных двигателей, в которых вы можете «включить» больше мощности (управляя распылением дизельного топлива), чтобы получить больше мощности, эти машины постоянного тока работают по принципу, который имеет своего рода механизм автоматического управления нагрузкой, следовательно, вы не можете включить дополнительную мощность, хорошо не без дополнительных договоренностей для изменения требуемой мощности ...

— Deep

0

Я думаю, что для работы в установившемся режиме крутящий момент нагрузки должен быть равен крутящему моменту двигателя, теперь, если нагрузка для двигателя постоянного тока увеличена (шунт), ток увеличится. Теперь другим способом вы можете сказать, увеличивается ли потребляемый ток, увеличивается крутящий момент двигателя. Теперь, когда нагрузка увеличивается, скорость двигателя будет уменьшаться и стабилизироваться на скорости ниже, чем предыдущее значение, и, следовательно, вы можете сказать, что при увеличении нагрузки потребляемый ток увеличивается, но скорость уменьшается. Таким образом, вы можете сделать вывод, что при увеличении нагрузки (крутящего момента нагрузки) → крутящий момент двигателя увеличивается, но в то же время скорость уменьшается, поскольку крутящий момент нагрузки становится больше, чем крутящий момент двигателя.

— G93
источник