Чем отличаются размеры двух двигателей постоянного тока одинаковой мощности, но на разное напряжение?

Предположим, у меня есть два коллекторных двигателя постоянного тока, каждый на 3000 об/мин и мощностью 50 Вт. Один рассчитан на 18 вольт, другой на 36 вольт. Как будут различаться их размеры?

Предполагаю, что из-за более высокого напряжения для 36 вольт потребуется в два раза меньший ток в обмотках и, следовательно, в четыре раза меньшее сечение обмоточных проводов, а значит, обмотки займут заметно меньше места.

Каких еще отличий в размерах этих двигателей и их частей (обмоток и сердечников) следует ожидать?

Невозможно сказать, потому что это полностью зависит от крутящего момента/тока/магнитных свойств. Либо может быть намного меньше или больше из-за магнитного пути. «Ватт» — довольно бесполезная метрика для двигателей.
@ user26129: Хорошо, давайте предположим, что они рассчитаны на одинаковый максимальный крутящий момент и используют одинаковые материалы сердечника.
@sharptooth Все еще не так просто: по мере изменения параметров катушки будет меняться и вес катушки. Если катушки находятся на роторе, а не на статоре (в конце концов, вы упоминаете коллекторные двигатели постоянного тока), это изменяет инерцию ротора. Я могу вспомнить еще несколько таких факторов, которые добавляют к проблеме небольшие раздражающие повороты, например, изменение формы и размера щетки, чтобы справиться с более высоким напряжением при разрыве цепи. Тем не менее, интересный вопрос, и я очень хочу увидеть, появятся ли какие-либо окончательные ответы.
Простой ответ - это количество витков и изменение толщины провода для компенсации более высокого напряжения, если вы хотите сохранить ток одинаковым ... однако, как сообщают user26129 и Anindo Ghosh, есть много других изменений...
Найдите каталог запчастей и несколько примеров!
@ pjc50: я не уверен, что смогу сделать правильные выводы, потому что я не могу понять, в какой степени два двигателя в каталоге различаются - может быть, есть какая-то разница в конструкции, которая вызывает различия в размерах, а не просто изменение напряжения.
@user26129 user26129 «Ватт — довольно бесполезный показатель для двигателей». Я совершенно не согласен. Выходная мощность дает вам очень хорошее представление о размере двигателя, который вам нужен.
@Eric Это только говорит вам кое-что о энергопотреблении, но ничего не нужно для дизайна приложения. Для любых дизайнерских целей это бесполезно. Вы хотите знать обороты в минуту, крутящий момент при конкретных скоростях, ток и, возможно, количество полюсов, если вы делаете причудливую обратную связь без датчика. Чтобы дать представление о бесполезности ватт: у меня есть двигатель 12 В 10 Вт и в моем телефоне, и в моем 3D-принтере. Один из них представляет собой вибрационный блок, работающий намного ниже номинального напряжения, а другой — шаговый двигатель.
@user26129 user26129 Ну, очевидно, вам нужно знать другие вещи о приложении. Но то же самое можно сказать и о скорости или крутящем моменте. У меня есть два мотора, которые работают на 2500 об/мин, один на осевой вентилятор, другой на бетонный вибратор. Это не означает, что скорость бесполезна, это просто означает, что вам нужно больше информации, чем просто скорость. То же самое и с властью.

Ответы (1)

Если у вас есть двигатель с напряжением V1, и вы хотите иметь такую ​​же производительность при новом напряжении V2, тогда вам нужно умножить количество витков на V2/V1, и вы должны умножить свой магнитный провод CMA на V1/V2. Таким образом, чтобы перейти от 18 В к 36 В, вы должны удвоить число оборотов в двигателе и вдвое уменьшить CMA (круговую площадь в милах) вашего магнитного провода (то есть увеличить сечение провода на 3).

Это эмпирическое правило. Когда вы приступите к реальным испытаниям номинальных характеристик двух двигателей, вы увидите некоторые различия. Отчасти это связано с тем, что через двигатели с более низким напряжением проходит больший ток, чем через двигатели с более высоким напряжением. Отчасти это связано с тем, что провода большего диаметра не так легко гнутся и не так хорошо укладываются, как провода меньшего размера. Таким образом, производители двигателей могут изменять количество витков или сечение проводов, чтобы максимально приблизить характеристики при различных напряжениях.

Удвоение количества витков и уменьшение вдвое диаметра провода (или наоборот) в конечном итоге дает вам примерно такое же заполнение слота, если вы используете один и тот же ламинатор. Проволока меньшего размера будет упаковываться лучше, чем проволока большего размера, поэтому эффективное заполнение слота будет меньше, но в целом оно обычно достаточно близко, чтобы производитель двигателей использовал такое же ламинирование.

Вот еще немного пояснений, почему вы меняете количество витков и CMA магнитопровода. Вы пытаетесь сохранить плотность потока в магнитной цепи вашего двигателя одинаковой. Если вы удвоите напряжение, то, исходя из сопротивления вашей катушки, ваш ток уменьшится вдвое. Если ток сократить вдвое, то вам потребуется в два раза больше витков, чтобы получить ту же плотность потока. Однако, если вы удвоите количество витков, то ваше сопротивление увеличится, поэтому вам нужно уменьшить CMA вашего магнитного провода вдвое, чтобы вернуть сопротивление (и, следовательно, ток) на прежнее место.

Если предположить, что CMA является поперечным сечением, почему я делаю его в два раза меньше, а не в четыре?
Да, CMA - это круглая площадь в милах, которая представляет собой просто площадь поперечного сечения магнитопровода. Вы пытаетесь сохранить плотность потока в магнитной цепи вашего двигателя одинаковой. Если вы удвоите напряжение, то, исходя из сопротивления вашей катушки, ваш ток уменьшится вдвое. Если ток сократить вдвое, то вам потребуется в два раза больше витков, чтобы получить ту же плотность потока. Однако, если вы удвоите витки, ваше сопротивление увеличится, поэтому вам нужно уменьшить CMA вашего магнитного провода, чтобы вернуть сопротивление (и, следовательно, ток) на прежнее место.
Я вижу сейчас. Это очень важно и многое вообще очевидно. Не могли бы вы включить эти рассуждения о дизайне в ответ?
Я отредактировал ответ.