Wie kann das maximale Gewicht gemessen werden, das ein Gleichstrommotor bewegen kann?

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Wir arbeiten an einem computergesteuerten Elektrofahrzeugprojekt, das auf einer ATV-Verfolgung basiert.

Während ich nach einem Gleichstrommotor suchte, um dieses Fahrzeug zu bewegen (der auf 350 kg geschätzt wird), fand ich einen elektrischen Rollstuhlmotor. Es ist ein 24-V-Gleichstrommotor mit 500 W und 108 U / min und verfügt über ein eigenes Differential. Der Verkäufer sagte mir, dass es bis zu 540 kg bewegen kann. Ich weiß nicht, auf welcher Tatsache diese Zahl basiert.

Ich habe auch einen 500 W 1500 U / min 24 V DC Motor. Kann ich bis zu 540 kg bewegen, wenn ich die Drehzahl verringere und das Drehmoment bei gleichem Verhältnis des elektrischen Rollstuhlmotors über Reduzierstücke erhöhe? Oder hängt das maximale Gewicht, das ein Motor bewegen kann, von anderen Faktoren ab? Wie kann ich das messen?

Danke im Voraus.

Kerem Zaman
quelle
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Sie messen es nicht , bevor Sie es berechnen . Es ist grundlegende Physik. Sie haben ein Objekt mit einem bestimmten Gewicht. Um seine Geschwindigkeit zu ändern, benötigen Sie eine Menge Energie. Es gibt auch Reibung zu überwinden, um es auf einer bestimmten Geschwindigkeit zu halten. Die benötigte Energie kommt vom Motor. Motoren mit mehr Leistung können in kürzerer Zeit dieselbe Energiemenge aufbringen. Also: Physik studieren und rechnen.
Bimpelrekkie
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Oh, und: Vertraue niemals einem Verkäufer. Natürlich kann sich der Motor um 540 kg bewegen. Wie viel er sich bewegen kann, hängt nicht vom Motor ab, sondern von der Reibung, die das Gewicht mit seiner Umgebung hat. Im Weltraum können Sie 540 kg mit Ihrem Finger bewegen .
Bimpelrekkie
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Der Motor, der das rotierende Restaurant oben auf der Space Needle in Seattle dreht, ist in der Größenordnung eines Ein-PS-Motors. Ich versichere Ihnen, dass das Restaurant mehr als 540 kg wiegt. Ihre Frage kann nicht beantwortet werden, ohne zu wissen, wie schnell sich das Ding drehen soll und welche Kräfte daran arbeiten, es wieder zu verlangsamen .
Eric Lippert
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Um die Dinge ins rechte Licht zu rücken: Ein Tesla Model S hat eine Leistung von 270000 W, mehr als das 500-fache Ihrer Leistung.
MSalters
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Gib mir einen Hebel und einen Platz zum Stehen und ich werde die Welt bewegen. Gleiches gilt für das Getriebe.
Steve

Antworten:

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"Der Verkäufer hat mir gesagt ..." LOL! Wenn Physik sein Ding wäre, wäre er wahrscheinlich kein Verkäufer. In jedem Fall ist es seine Aufgabe, einen Verkauf zu tätigen, unabhängig davon, ob Sie Ihr Gerät zum Laufen bringen oder nicht.

Als erstes müssen Sie entscheiden, wie viel Leistung der Motor haben muss. Sie können sich später um Drehmoment und Drehzahl kümmern. Diese können gegeneinander ausgetauscht werden, aber Sie können die Physik nicht betrügen, die für bestimmte Aufgaben eine bestimmte Kraft erfordert.

Es gibt zwei Endbenutzerkriterien, die Sie berücksichtigen müssen, um die Leistung zu bestimmen. Dies ist, wie schnell Sie beschleunigen möchten und mit welcher Mindestgeschwindigkeit Sie einen anständigen Hügel hinauffahren möchten. Ich werde das Hügelkriterium als Beispiel verwenden.

Angenommen, Sie möchten in der Lage sein, 20 MPH um 20% zu steigern. 20% Note bedeutet, dass Sie 1 Teil pro 5 vorwärts steigen. Da die einzige physikalische Arbeit, die ausgeführt wird, steigt, reduziert sich das Problem darauf, 350 kg direkt bei 4 MPH zu erhöhen. 4 MPH sind 1,8 m / s und hier auf der Erde wiegen 350 kg 3,43 kN. Die aufgewendete Kraft ist daher:

  (1,8 m / s) (3,43 kN) = 6,13 kW

Natürlich muss eine gewisse Reibung überwunden werden, sodass Sie in diesem Beispiel etwa 10 kW benötigen. Da 500 W nicht einmal in der Nähe sind, müssen Sie entweder eine viel geringere Leistung angeben oder einen viel größeren Motor (und die Stromquelle für die Speisung) erwerben.

Lassen Sie uns das umdrehen und sehen, was 500 W können.

  (500 W) / (3,43 kN) = 146 mm / s

So schnell können 500 W das gesamte Gerät gerade anheben. Wenn Sie dies beispielsweise auf eine Steigung von 20% anwenden, kann es sich mit dem 5-fachen oder 730 mm / s oder 1,63 MPH bewegen. In der Realität wird es Reibung und andere Verluste geben, also wahrscheinlich nicht mehr als 500 mm / s = 1,1 MPH.

Über Drehmoment hinzugefügt

Sie sollten wie oben beschrieben mit der Stromversorgung beginnen. Sobald Sie entschieden haben, wie viel Leistung der Motor abgeben muss, stehen Sie vor dem Kompromiss zwischen Drehmoment und Drehzahl. Sie können herausfinden, welches Drehmoment / welche Drehzahl Sie an den Rädern benötigen, aber das ist normalerweise viel zu langsam und zu hoch, als dass ein vernünftiger Elektromotor direkt produzieren könnte. Infolgedessen gibt es ein gewisses Getriebe zwischen der Radwelle und der Motorwelle. Da das Getriebe sowieso vorhanden ist, wählen Sie einen guten Motor und stellen Sie das Übersetzungsverhältnis entsprechend ein, nicht umgekehrt.

Um dies ins rechte Licht zu rücken, schauen wir uns das erforderliche Drehmoment und die erforderliche Drehzahl an, die wie oben beschrieben um 20% bei 20 MPH steigen. Nehmen wir an, die Räder haben einen Durchmesser von 500 mm, also einen Radius von 250 mm und einen Umfang von 1,57 m. 20 MPH sind 8,9 m / s, daher muss sich das Rad mit 5,7 Hz drehen. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie einen geeigneten Motor mit Spitzenleistung und Wirkungsgrad bei 5,7 Hz (342 U / min) erhalten. Abhängig vom besten verfügbaren Motor, den Sie finden, werden Sie wahrscheinlich ein Übersetzungsverhältnis von 5x bis 10x haben.

Angenommen, Sie haben entschieden, dass Sie einen 10-kW-Motor benötigen. Dies können 60 Hz (3600 U / min) und 26,5 Nm, 20 Hz und 80 Nm oder eine Vielzahl anderer Kombinationen sein, die alle 10 kW ergeben. Geeignete Motoren werden nur in begrenzter Kombination erhältlich sein, und das Getriebe wird wahrscheinlich ohnehin kundenspezifisch sein. Wählen Sie den Motor aus und lassen Sie ihn das Übersetzungsverhältnis bestimmen.

Olin Lathrop
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Vielen Dank für Ihre Antwort, aber ich habe immer noch einige Fragezeichen im Kopf: Wann ist das Drehmoment wichtig? Wie ändern sich die Berechnungen für einen geraden horizontalen Weg? Ist es dasselbe wie beim geraden Anheben? Entschuldigung für meinen Mangel an Physikkenntnissen.
Kerem Zaman
Mit dem richtigen Getriebe können Sie das Drehmoment beliebig ändern. Sie benötigen ein bestimmtes Raddrehmoment, um in einer bestimmten Zeit eine Steigung zu erreichen oder zu beschleunigen (und um Reibung und Luftwiderstand bei höheren Geschwindigkeiten zu überwinden). Für das Beispiel von Olin Lathrops wäre das Raddrehmoment 3,43 kN * Radradius. Die Drehzahl mit 500 W wäre (146 mm / Radumfang) * 60. Mit einem Rad mit 30 cm Durchmesser benötigen Sie also ein Raddrehmoment von 514 Nm und 58,4 U / min bei maximaler Motorleistung. Im Datenblatt des Motors finden Sie die Drehzahl- / Drehmoment- / Leistungskurve.
Michael
@Kerem: Ich habe meine Antwort aktualisiert, um das Drehmoment zu besprechen, was Michael im Grunde auch gesagt hat.
Olin Lathrop
Danke, dass du es hinzugefügt hast. Dumm, dass ich vergessen habe, meinen Radius mit 2pi für den Umfang zu multiplizieren, und ich kann nicht mehr bearbeiten.
Michael
Es kann erwähnenswert sein, dass Sie in Ihren Gleichungen mechanische Ausgangsleistung verwenden, wobei die Motoren möglicherweise in Bezug auf die elektrische (Eingangs-) Leistung spezifiziert sind. Reale Motoren sind bei weitem nicht zu 100% effizient, so dass ein erheblicher Teil der elektrischen Eingangsenergie aufgrund von Widerstandsheizung und Reibung als Wärme abgeführt wird.
Mels