Количество полюсов: Описание параметра “Число пар магнитных полюсов обмотки статора”

На каждую пару полюсов двигателя приходится два полюса, поэтому, если двигатель имеет 8 полюсов/магнитов, имеется 4 пары полюсов. По этой же причине у вас почти всегда будет четное число полюсов (2, 4, 6, 8 и т. д.), поскольку каждому магниту нужен противоположный полюс.

Пример.

• 2-полюсный двигатель → 1 северный магнит и 1 южный магнит → 1 пара полюсов
• 8-полюсный двигатель → 4 северных магнита и 4 южных магнита → 4 пары полюсов

Скорость двигателя обратно пропорциональна количеству полюсов ротора. Связь поясняется следующей формулой:

Где:

Ns = синхронная скорость

f = частота трехфазной сети

А #p = число полюсов

Альтернативно это можно записать как:

Где:

Ns = синхронная скорость

f = частота трехфазного источника питания

А #pp = количество пар полюсов

Поскольку количество полюсов равно количеству постоянных магнитов в роторе, самый простой способ определить количество полюсов — подсчитать количество магнитов вручную.

Это возможно, если вы можете заглянуть внутрь двигателя или снять внешний кожух. Если вы не можете снять корпус, это может стать сложной задачей, так как магниты могут быть довольно маленькими и многочисленными.

Дополнительная литература: Как работают двигатели BLDC

Рисунок 2: Подсчет магнитов/полюсов внутри бесщеточного двигателя

Были предложены и другие простые процедуры, такие как движение магнита вокруг ротора, чтобы увидеть, где происходит притяжение и отталкивание. Этот метод наиболее приемлем для двигателей с внешним ротором, где магниты находятся вне статора у поверхности.

Будьте осторожны, применяя этот метод, так как магниты внутри вашего ротора могут быть размагничены под воздействием более сильного магнита.

Другой вариант, требующий немного больше усилий и оборудования, включает в себя определение скорости двигателя и частоты источника питания экспериментальным путем, а затем преобразование приведенного ниже уравнения для определения числа полюсов двигателя:

Для измерения скорости двигателя вам понадобится часть оборудования для обратного привода вашего двигателя (например, дрель), а также устройство для измерения скорости вращения для измерения числа оборотов, например, тахометр.

Вам также потребуется устройство для измерения частоты генерируемой обратной ЭДС, например, осциллограф. Одновременно измерьте скорость и частоту, затем введите значения в приведенное выше уравнение, чтобы определить количество полюсов в вашем двигателе.

Возможно, самый простой способ измерить количество полюсов в двигателе — это определить его на испытательном стенде.

Некоторые из наших испытательных стендов поставляются с предварительно написанными автоматическими сценариями для расчета количества полюсов в вашем двигателе, включая серию 1580.

Просто введите номинал Kv вашего двигателя в сценарий, затем запустите автоматический тест Ваш мотор установлен на испытательном стенде (без пропеллера, так как мотор будет работать на полной скорости).

Программное обеспечение предоставит вам количество полюсов для вашего двигателя, как только будет выполнен тест, который занимает всего пару минут.

Рис. 3. Автоматический сценарий подсчета числа полюсов двигателя с использованием программного обеспечения RCbenchmark

Motor Kv позволяет описать взаимосвязь между пиковым напряжением и скоростью вращения бесщеточного двигателя в режиме холостого хода. Единицей для Kv является об/мин/В, и его можно оценить, разделив скорость вращения ненагруженного двигателя на приложенное напряжение.

По правде говоря, напряжение, которое мы должны учитывать, на самом деле является противоэлектродвижущей силой (ЭДС), а не приложенным напряжением.

В бесщеточном двигателе противоэлектродвижущая сила (ЭДС) представляет собой напряжение, возникающее в направлении, противоположном направлению тока, обеспечиваемого источником питания, вызванное движением катушек через магнитное поле в двигателе.

Это можно объяснить законом Фарадея, который показывает, что катушка, движущаяся внутри магнитного поля, создает внутри катушки поток электронов, называемый напряжением или ЭДС.

Когда двигатель вращается, генерируемая противо-ЭДС пропорциональна скорости вращения ротора: по мере увеличения числа оборотов увеличивается и противо-ЭДС. На полном газу без нагрузки (игнорируя собственную инерцию двигателя) мы можем описать взаимосвязь с помощью этой формулы:

Значение Kv дает оценку того, сколько оборотов совершит двигатель на каждый приложенный к нему вольт. Этот рейтинг может быть полезен для сравнения двигателей, которые физически имеют одинаковый размер, но имеют разные рабочие характеристики из-за их внутренней работы.

Как правило, по мере увеличения количества витков в катушках Kv двигателя уменьшается. Говоря механически, двигатели с низким Kv имеют большее количество обмоток из более тонкого провода, а тонкий провод несет больше вольт при меньшем токе.

Двигатели с высоким Kv имеют меньше обмоток, но более толстый провод, который может пропускать больший ток при меньшем напряжении. Уравнения в следующем разделе обеспечивают математическую демонстрацию этой концепции.

Дополнительная литература: Анализ мощности и эффективности двигателя BLDC

Применительно к дронам двигатели с низким Kv, как правило, работают на более низких оборотах и ​​создают больший крутящий момент, что идеально подходит для больших винтов и больших дронов. Двигатели с высоким Kv работают на более высоких оборотах и ​​идеально подходят для малых и быстро вращающихся винтов с низким крутящим моментом.

Таким образом, более легкие и быстро движущиеся дроны, такие как гоночные квадроциклы, лучше всего обслуживаются двигателями с высоким Kv, а более тяжелые и медленные дроны лучше обслуживаются двигателями с низким Kv.

Рисунок 4. Гоночный дрон EMAX Hawk Pro использует двигатель на 2400 кВт, тогда как Foxtech Gaia 19Беспилотный летательный аппарат 0MP для тяжелых грузов использует двигатель мощностью 100 кВ

Еще одно практическое применение – двигатели внутреннего и наружного бегунка. Инраннер обычно имеет более высокое значение Kv, чем аутраннер того же размера. Больший диаметр ротора в аутраннере позволяет использовать больше постоянных магнитов.

Больше магнитов (полюсов) → меньше скорость → меньше Kv. Небольшой диаметр бегунка также означает, что он имеет меньшую окружность для покрытия за один оборот, следовательно, больше оборотов при том же напряжении.

Важно отметить, что Kv не является окончательным способом оценки производительности двигателя, поскольку марка двигателя также может влиять на его эффективность. При одном и том же значении Kv двигатель одной марки может работать лучше или хуже, чем другая, что будет выявлено только в ходе испытаний.

Если мы вернемся к нашей предыдущей формуле:

, мы можем изменить ее, чтобы показать, что:

в уравнении, которое даст вам довольно хорошую оценку двигателя Kv.

Для более точной оценки вы можете измерить напряжение между двумя выводами в цепи, чтобы получить среднеквадратичное (RMS) напряжение, а затем умножить его на sqrt(2) или 1,414, чтобы получить пиковое напряжение, которое вы можете подключить к этому уравнение:

0,95 — это значение, которое учитывает отклонения от теоретической модели, чтобы обеспечить значение, более близкое к тому, которое наблюдается экспериментально. Этот коэффициент общепринят для расчетов Kv.

Экспериментальное измерение Kv, пожалуй, лучший способ получить точное представление о реальном Kv вашего двигателя. Мы регулярно наблюдали различия между заявленным и измеренным Kv протестированных нами двигателей, которые вы, вероятно, также заметите.

Мы предоставляем предварительно написанный сценарий в нашем программном обеспечении RCbenchmark, который позволяет вам экспериментально измерить Kv, запустив двигатель через испытание на холостом ходу.

Все, что вам нужно сделать, это подключить двигатель к испытательному стенду RCbenchmark, ввести количество полюсов двигателя на вкладке «Настройка», а затем запустить тест (без пропеллера). Программное обеспечение автоматически рассчитает Kv вашего двигателя после завершения теста.

Даже если на вашем двигателе указано значение Kv, может быть интересно проверить его, чтобы убедиться, что экспериментальное значение Kv соответствует рекламируемому.

Рис. 5. Автоматический сценарий, вычисляющий Kv с помощью программы RCbenchmark

Как показано в предыдущих разделах, Kv двигателя и количество полюсов связаны со скоростью двигателя/об/мин. Мы знаем, что с увеличением скорости вращения увеличивается и Kv. В качестве альтернативы большее число полюсов соответствует двигателям, работающим на более низких оборотах.

Таким образом, зависимость между числом полюсов двигателя и Kv обратно пропорциональна. Это имеет смысл, когда мы думаем об этом практически.

Для более крупного двигателя с большим числом полюсов потребуется высокий крутящий момент, и он будет работать на низкой рабочей скорости. Таким образом, используемый двигатель будет иметь большое число полюсов и низкое значение Kv.

Двигатель меньшего размера с меньшим количеством полюсов будет работать на высоких оборотах и ​​создавать относительно низкий крутящий момент. Следовательно, двигатель будет иметь малое количество полюсов и высокое значение Kv.

Понятия, рассмотренные в этой статье, полюса бесщеточного двигателя и Kv двигателя, являются ключевыми для понимания свойств и производительности двигателей BLDC. Знание того, как интерпретировать эти цифры, может помочь вам выбрать лучший двигатель для вашего дрона или электрического самолета и повысить производительность и эффективность. Эффективность напрямую связана со временем полета, полезной нагрузкой и дальностью полета, поэтому эта информация очень ценна.

Если вы хотите иметь возможность автоматически измерять количество полюсов в двигателе и его Kv, мы предлагаем проверить упорный стенд серии 1580. Как упоминалось в статье, их программное обеспечение поставляется с предварительно написанными сценариями для автоматического расчета обоих этих значений. Экономит ваше драгоценное время и предлагает больше возможностей для характеристики вашего двигателя.