डीसी मोटर के टॉर्क और आरपीएम को कैसे सुधारें?

मेरे पास स्थायी चुंबक के साथ एक एफए -130 मोटर (डीसी) है, मेरा पावर स्रोत 2 एए बैटरी (रिचार्जेबल) है इसलिए कुल 2.4v।

मान लें कि सभी मामले समान विनिर्देश से शुरू होंगे, सैद्धांतिक रूप से, अगर मैं निम्नलिखित कार्य करूं तो क्या होगा?

केस 1 : स्थायी चुम्बकों की शक्ति में वृद्धि / कमी। टॉर्क और आरपीएम का क्या होगा? क्यूं कर?

केस 2 : चुंबक तारों के आकार में वृद्धि / कमी। टॉर्क, बिजली की खपत और आरपीएम का क्या होगा? क्यूं कर?

केस 3 : आर्मेचर का आकार बढ़ाएँ / घटाएँ। टॉर्क, बिजली की खपत और आरपीएम का क्या होगा? क्यूं कर?

केस 4 : टर्न (कॉइल) की संख्या बढ़ाएँ / घटाएँ। टॉर्क, बिजली की खपत और आरपीएम का क्या होगा? क्यूं कर?

सामान्य तौर पर, मैं एक निरंतर वोल्टेज दिए गए इस मोटर के टॉर्क और आरपीएम को कैसे बढ़ा सकता हूं?

कृपया, इसे समझाएं जैसे कि आप 6 साल के बच्चे से बात कर रहे हैं, मैं इस क्षेत्र का जानकार नहीं हूं, लेकिन मैं इस अवधारणा को जानना चाहता हूं।

dc-motor

— डीपीपी
स्रोत

हो सकता है इस मॉडल सहायक, हो जाएगा robotics.ee.uwa.edu.au/courses/embedded/tutorials/tutorials/...

— स्टैंडर्ड Sandun

यह आम तौर पर होता है, लेकिन हमेशा नहीं, क्योंकि उस मॉडल में अलग-अलग पैरामीटर होते हैं। Vemf यह वापस वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है। इसलिए मैं सोच रहा हूं कि मैं इसे 6 साल के बच्चे को कैसे समझा सकता हूं।

— स्टैंडर्ड सैंडुन

@sandundhammika धन्यवाद, हो सकता है कि मैं थोड़ा और प्रयास करूं, आप मुझे एक 12 साल के व्यक्ति पर विचार कर सकते हैं, जो अब इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में कुछ नहीं जानता ...

— 7

मैंने सोचा कि आप पूछ रहे हैं कि 6 वें वर्ष के बच्चे को कैसे पढ़ाया जाए, मैं उलझन में हूं, क्षमा करें।

— स्टैंडर्ड सैंडुन

मुझे लगता है कि मैं किसी तरह अब ईएमएफ को समझ गया हूं, मैंने यह देखा, "कभी भी एक प्रारंभ करनेवाला (इस मामले में कुंडल) एक विद्युत क्षेत्र से गुजरता है, यह एक वोल्टेज बनाता है। यह इसी तरह से जनरेटर काम करता है। यह तब भी सच है जब मोटर इसके नीचे घूमता है। खुद की शक्ति। लेकिन, यह वोल्टेज उस वोल्टेज के विपरीत दिशा में जा रहा है जिसे हम मोटर में डाल रहे हैं ताकि इसे स्पिन किया जा सके, इसलिए इसे घटाया जाता है। इसे बैक वोल्टेज या बैक ईएमएफ कहा जाता है। एक निश्चित गति पर, पीछे का वोल्टेज वोल्टेज के बराबर होता है। हम मोटर में डालते हैं, और (एक आदर्श दुनिया में), जब आरपीएम में मोटर को अधिकतम किया जाता है, और कोई बिजली नहीं बहती है, इस प्रकार कोई वर्तमान नहीं होता है। "

— dpp

जवाबों:

मैं यह मानने जा रहा हूं कि इस 6 साल के बच्चे की भौतिकी में कम से कम पृष्ठभूमि है। मैं यह जवाब देकर शुरू करने जा रहा हूं कि प्रत्येक परिणाम गणित के साथ क्यों होगा, इसके पीछे भौतिकी का वर्णन करना है। फिर मैं प्रत्येक परिणाम के पीछे तर्क प्रदान करने वाले गणित के साथ व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक मामले का जवाब दूंगा। मैं आपके "सामान्य" प्रश्न का उत्तर देकर लपेटूंगा।

क्यूं कर?

अपने सभी के जवाब "क्यों?" प्रश्न है: भौतिकी! विशेष रूप से लोरेंत्ज़ का नियम और फैराडे का नियम । से यहाँ :

लॉरेंट्ज़ और फैराडे

मोटर का टॉर्क समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है:

τ = {कश्मीर}_{टी} \cdot मैं (एन \cdot मीटर)

$\tau = K_t \cdot I~~~~~~~~~~(N \cdot m)$

कहा पे:

$\tau = \text{torque}$
$K_t = \text{torque constant}$
$I = \text{motor current}$

टोक़ स्थिरांक, , मुख्य मोटर मापदंडों में से एक है जो विशिष्ट डिजाइन का वर्णन करता है जो कि इसके डिजाइन के विभिन्न मापदंडों पर आधारित है जैसे कि चुंबकीय शक्ति, तार की संख्या, तार की लंबाई, आर्मेचर लंबाई, आदि जैसा कि आपने उल्लेख किया है। इसका मान प्रति amp टोक़ में दिया जाता है और इसकी गणना इस प्रकार की जाती है: $K_t$

{कश्मीर}_{टी} = 2 \cdot बी \cdot एन \cdot एल \cdot आर (एन \cdot मीटर / ए)

$K_t = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(N \cdot m / A)$

कहा पे:

$B = \text{strength of magnetic field in Teslas}$
$N = \text{number of loops of wire in the magnetic field}$
$l = \text{length of magnetic field acting on wire}$
$r = \text{radius of motor armature}$

Back-EMF वोल्टेज द्वारा निर्धारित किया जाता है:

वी = {कश्मीर}_{ई} \cdot ω (v ओ एल टी रों)

$V = K_e \cdot \omega~~~~~~~~~~(volts)$

कहा पे:

$V = \text{Back-EMF voltage}$
$K_e = \text{voltage constant}$
$\omega = \text{angular velocity}$

कोणीय वेग प्रति सेकंड (रेड / सेकंड) रेडियंस में मोटर की गति है जिसे RPM से परिवर्तित किया जा सकता है:

रेड / सेकंड = आरपीएम \times \frac{π}{30}

$\text{rad/sec} = \text{RPM}\times\dfrac{\pi}{30}$

दूसरा मुख्य मोटर पैरामीटर है। काफी मजेदार है, के रूप में ही सूत्र का उपयोग कर की गणना की जाती लेकिन विभिन्न इकाइयों में दिया जाता है: $K_e$ $K_e$ $K_t$

{कश्मीर}_{ई} = 2 \cdot बी \cdot एन \cdot एल \cdot आर (v ओ एल टी रों / आर ए घ / रों ई सी)

$K_e = 2 \cdot B \cdot N \cdot l \cdot r~~~~~~~~~~(volts/rad/sec)$

$K_e = K_t$

$P_{in} = P_{out}$
$V \cdot I = \tau \cdot \omega$

उपर्युक्त समीकरणों को प्राप्त करना:

$(K_e \cdot \omega) \cdot I = (K_t \cdot I) \cdot \omega$
$K_e = K_t$

मामले

मैं मान रहा हूं कि प्रत्येक पैरामीटर को अलगाव में बदला जा रहा है।

$K_t$ $\tau$

$K_e$ $K_e$

ω = \frac{वी}{{कश्मीर}_{ई}}

$\omega = \dfrac{V}{K_e}$

तो, जैसे-जैसे चुंबकीय क्षेत्र बढ़ता है, गति कम हो जाएगी। यह फिर से समझ में आता है क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र जितना मजबूत होगा, आर्मेचर पर "धक्का" उतना ही मजबूत होगा क्योंकि यह गति में बदलाव का विरोध करेगा।

क्योंकि पावर आउट टॉर्क टाइम कोणीय वेग के बराबर है, और पावर पावर आउट आउट (फिर से, 100% दक्षता) के बराबर होती है, हमें यह मिलता है:

{पी}_{मैं n} = τ \cdot ω

$P_{in} = \tau \cdot \omega$

इसलिए टॉर्क या स्पीड में कोई भी बदलाव मोटर को चलाने के लिए आवश्यक शक्ति के सीधे आनुपातिक होगा।

केस 2: (थोड़ा और गणित यहाँ है कि मैं स्पष्ट रूप से ऊपर नहीं गया था) लोरेंट्ज़ के कानून पर वापस जाते हुए हम देखते हैं कि:

τ = 2 \cdot एफ \cdot आर = 2 (मैं \cdot बी \cdot एन \cdot एल) आर

$\tau = 2 \cdot F \cdot r = 2 (I \cdot B \cdot N \cdot l) r$

इसलिए:

एफ = मैं \cdot बी \cdot एन \cdot एल

$F = I \cdot B \cdot N \cdot l$

हमारे पास न्यूटन के लिए धन्यवाद:

एफ = मीटर \cdot जी

$F = m \cdot g$

इसलिए...

τ = 2 \cdot मीटर \cdot जी \cdot आर

$\tau = 2 \cdot m \cdot g \cdot r$

यदि आप तार की लंबाई समान रखते हैं लेकिन इसके गेज को बढ़ाते हैं, तो द्रव्यमान में वृद्धि होगी। जैसा कि ऊपर देखा जा सकता है, द्रव्यमान सीधे चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के समान टोक़ के लिए आनुपातिक होता है इसलिए समान परिणाम लागू होता है।

$r$

यहां एक पैटर्न देखना शुरू कर रहे हैं?

$N$

सामान्य रूप में

यदि यह अब तक स्पष्ट नहीं है, तो टोक़ और गति विपरीत आनुपातिक हैं :

टोक़ बनाम गति

मोटर (वोल्टेज और करंट) और मोटर से बिजली उत्पादन (टोक़ और गति) के लिए बिजली के इनपुट के संदर्भ में एक व्यापार बंद किया जाना है:

वी \cdot मैं = τ \cdot ω

$V \cdot I = \tau \cdot \omega$

यदि आप वोल्टेज को स्थिर रखना चाहते हैं, तो आप केवल करंट बढ़ा सकते हैं। करंट बढ़ने से केवल टॉर्क बढ़ेगा (और सिस्टम को दी जा रही कुल बिजली):

τ = {कश्मीर}_{टी} \cdot मैं

$\tau = K_t \cdot I$

गति बढ़ाने के लिए, आपको वोल्टेज बढ़ाने की आवश्यकता है:

ω = \frac{वी}{{कश्मीर}_{ई}}

$\omega = \dfrac{V}{K_e}$

यदि आप इनपुट पावर को स्थिर रखना चाहते हैं, तो आपको मोटर स्थिरांक को बदलने के लिए भौतिक मोटर मापदंडों में से एक को संशोधित करने की आवश्यकता है।

— embedded.kyle
स्रोत

मुझे लगता है कि यह वही है जिसकी मुझे तलाश है, आपने मुझे वह सब दिया है जो मुझे चाहिए! मैं सूत्र को समझे बिना अवधारणा को समझ लेता हूं। मुझे लगता है कि मुझे वास्तव में अधिक अध्ययन करना चाहिए, ऐसा लगता है जैसे कोई अकेले सिद्धांत का उपयोग करके एक प्रभावी मोटर नहीं बना सकता है।

— 1

यह एक होमवर्क प्रश्न के लिए एक उदार जवाब का एक नरक है।

— ब्रायन बोएचर

@ आइंस्टा जो मेरा होमवर्क नहीं है, वह मेरी टॉय कार के लिए है।

— डीपी

यहाँ महान जवाब! मैं बस यह स्पष्ट करना चाहता हूं: आप कहते हैं कि बढ़ती हुई वर्तमान टोक़ "गति की कीमत पर" बढ़ जाती है। लेकिन वर्तमान में बढ़ती गति के समीकरण में Ke को प्रभावित नहीं करता है, क्योंकि Ke और Kt मोटर स्थिरांक हैं। तो गति समान रहनी चाहिए लेकिन टॉर्क अब बढ़ गया है और आपूर्ति की गई समग्र शक्ति भी बढ़ गई है? गति और टोक़ के बीच का उलटा संबंध केवल खेल में आता है, जब मोटर स्थिरांक के किसी भी कारक को बदल दिया जाता है? अग्रिम में धन्यवाद।

— TisteAndii

K_{t} = K_{e}

$K_t = K_e$

$P$ $I$ $E$

$P = IE$

शक्ति वाट में मापा जाता है , और ऊर्जा उपयोग की दर है। ऊर्जा को जूल में मापा जाता है , और एक वाट को औसत रूप से प्रति सेकंड एक जूल के रूप में परिभाषित किया जाता है।

$F$ $d$

$W = Fd$

आपने टॉर्क और आरपीएम बढ़ाने के बारे में पूछा । टॉर्क सिर्फ एक घूर्णन शक्ति है, और RPM केवल एक घूर्णन गति है। तो काम की परिभाषा आपके द्वारा पूछे गए (यह इसमें टोक़ है) का आधा हिस्सा है, और गति और दूरी स्पष्ट रूप से संबंधित है। ऐसा लगता है जैसे हम वास्तव में करीब हैं। आप अपनी मोटर के साथ अधिक काम नहीं करना चाहते हैं, आप तेजी से काम करना चाहते हैं । आप बल और गति बढ़ाना चाहते हैं, बल और दूरी नहीं। क्या एक यांत्रिक प्रणाली में इसके लिए एक भौतिक शब्द है?

हाँ! इसे शक्ति भी कहा जाता है । एक यांत्रिक प्रणाली में, शक्ति बल और वेग का उत्पाद है:

$P = Fv$

या एक घूर्णी प्रणाली के लिए समान शब्दों का उपयोग करने के लिए, बिजली टोक़ और कोणीय वेग का उत्पाद है :

$P = \tau \omega$

यह वही है जो आपने पूछा था। आप चाहते हैं कि मोटर अधिक टोक़ और स्पिन को तेजी से लागू करे। आप शक्ति बढ़ाना चाहते हैं। आप तेजी से ऊर्जा का उपयोग करना चाहते हैं।

ऊर्जा के संरक्षण का नियम हमें बताता है कि यदि हम यांत्रिक शक्ति को बढ़ाना चाहते हैं, तो हमें विद्युत शक्ति को भी बढ़ाना होगा। आखिरकार, हम मोटर स्पिन को जादू से नहीं बना सकते हैं। यदि विद्युत शक्ति वोल्टेज और करंट का उत्पाद है, तो या तो वोल्टेज या करंट बढ़ रहा है, यदि दूसरा स्थिर है, तो विद्युत शक्ति में वृद्धि होगी।

जब आप मैग्नेट की ताकत बदलते हैं, या तार के घुमावों को जोड़ते या हटाते हैं, तो आप शक्ति नहीं बढ़ा सकते। आप कर सकते हैं , हालांकि, वर्तमान, या वोल्टेज के लिए वर्तमान के लिए व्यापार वोल्टेज, बस एक यांत्रिक संचरण की तरह RPM और टोक़ व्यापार कर सकते हैं। लेनज़ के नियम और विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के अन्य नियम बताते हैं कि यह क्यों सच है, लेकिन वे वास्तव में आपके प्रश्न का उत्तर देने के लिए आवश्यक नहीं हैं, यदि आप ऊर्जा के संरक्षण के नियम को स्वीकार करते हैं।

यह सब देखते हुए, आपका सवाल था "डीसी मोटर के टॉर्क और आरपीएम को कैसे सुधारें"। आप इसे और अधिक ऊर्जा देकर इसे सुधार सकते हैं, या आप इसे और अधिक कुशल बना सकते हैं। नुकसान के कुछ स्रोत हैं:

बीयरिंग में घर्षण
वाइंडिंग्स में प्रतिरोध
घुमावदार कोर में चुंबकीय प्रतिरोध
कम्यूटेटर से विद्युत चुम्बकीय विकिरण
तारों, बैटरी, ट्रांजिस्टर, और मोटर को विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति करने वाली अन्य चीजों में नुकसान

ये सभी मोटर विद्युत और यांत्रिक ऊर्जा के 100% कुशल कनवर्टर से कम मोटर बनाने के लिए काम करते हैं। उनमें से किसी को कम करना आमतौर पर अवांछनीय, अक्सर लागत या आकार में कुछ और बढ़ जाता है।

एक दिलचस्प विचार: यही कारण है कि इलेक्ट्रिक हाइब्रिड कारों से शहर में बेहतर माइलेज मिल सकता है। लाल बत्ती पर रुकना आपकी चलती कार की सारी ऊर्जा को ब्रेक पैड में गर्मी में बदल देता है, जो उपयोगी नहीं है। क्योंकि एक मोटर विद्युत और यांत्रिक ऊर्जा के बीच एक कनवर्टर है, एक हाइब्रिड कार इस ऊर्जा को गर्मी में नहीं बदल सकती है, बल्कि विद्युत ऊर्जा में इसे बैटरी में संग्रहीत करती है, फिर प्रकाश के हरे होने पर इसे यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित कर देती है। आगे पढ़ने के लिए, मैं डीसी मोटर के पुनर्योजी ब्रेकिंग को कैसे लागू कर सकता हूं?

— फिल फ्रॉस्ट
स्रोत

नमस्ते, मेरे प्रयोगों में मैंने देखा कि जब मैं तार का आकार बढ़ाता हूं और घुमावों की संख्या कम करता हूं, तो मुझे उच्च आरपीएम और बेहतर टोक़ मिलता है, ऐसा क्यों है? मैंने पावर सोर्स (2.4v अभी भी) नहीं बढ़ाया। वैसे, आपके जवाब से मुझे मदद मिली।

— डीपीपी

@dpp 2.4V पावर स्रोत का परिमाण नहीं है, यह सिर्फ वोल्टेज है। आपको यह जानने के लिए वर्तमान को मापना होगा कि आप कितनी शक्ति प्रदान कर रहे थे। घुमावों की संख्या कम करने से प्रति एम्प्टी चुंबकीय क्षेत्र कमजोर हो जाता है, जिससे बैक-ईएमएफ भी कम हो जाता है, जो आरपीएम में सुधार करता है, लेकिन किसी शक्ति के लिए टोक़ को कम करता है। लेकिन, आपने बड़े तार का भी उपयोग किया, जिसमें कम प्रतिरोध है, जो मोटर को अधिक कुशल बनाता है और आपको दिए गए वोल्टेज के साथ अधिक वर्तमान / शक्ति प्रदान करने की अनुमति देता है।

P = E^{2} / R

$P = E^2/R$

I = E / R

$I = E/R$

@ थैंक्स फिल, जिस तरह से आप जवाब देते हैं, यह मेरे लिए समझने में आसान बनाता है, मेरा मतलब यह है कि क्या कारण हैं आदि

— 15

यद्यपि आपको बहुत अच्छे और विस्तृत उत्तर मिले हैं, मैं पहले से ही प्रस्तुत किए गए सूत्रों का उपयोग करते हुए एक बहुत ही सरल उत्तर देना चाहता हूं :

τ = 2। बी । एन । एल । आर । मैं

$\tau = 2.B.N.l.r.I$

अन्य सूत्र,

ω = वी / 2। बी । एन । एल । आर । मैं

$\omega = V/2.B.N.l.r.I$

यदि आप वायर गेज बढ़ाते हैं, तो आप करंट (I) को बढ़ाते हैं और इस तरह टॉर्क को बढ़ाते हैं। यदि आप भी घुमावों की संख्या कम करते हैं, तो आप टोक़ को कम कर देंगे। चाहे कुल टोक़ बढ़ जाती है या कम हो जाती है, पर निर्भर करता है प्रभाव बड़ा है।

— Guill
स्रोत

मैंने फैसला किया कि ब्रश रहित मोटर होने और बॉल बेयरिंग जोड़ने से मदद मिलेगी। मुझे लगता है कि घर्षण आरपीएम और टॉर्क की प्रभावशीलता को कम करता है।

— 16'16