Bagaimana mengukur berat maksimum yang dapat digerakkan oleh motor DC?

10

Kami sedang mengerjakan proyek kendaraan listrik yang dikendalikan komputer yang didasarkan pada chasis ATV.

Ketika saya sedang mencari motor DC untuk memindahkan kendaraan ini (yang diperkirakan 350kg), saya menemukan motor kursi roda listrik. Ini adalah 500 W 108 rpm 24V motor DC dan memiliki diferensial sendiri. Penjual mengatakan kepada saya bahwa itu bisa bergerak hingga 540 kg. Saya tidak tahu berdasarkan fakta nomor ini.

Saya juga punya motor 500 W 1500 rpm 24 V DC. Jika saya mengurangi rpm dan meningkatkan torsi dengan rasio yang sama dari motor kursi roda listrik melalui reduktor, dapatkah ia bergerak hingga 540 kg? Atau apakah berat maksimum yang dapat digerakkan motor bergantung pada faktor-faktor lain? Bagaimana saya bisa mengukur ini?

Terima kasih sebelumnya.

Kerem Zaman
sumber
5
Anda tidak mengukurnya sebelum menghitungnya . Ini fisika dasar. Anda memiliki objek dengan berat tertentu, untuk mengubah kecepatannya Anda akan membutuhkan sejumlah energi. Ada juga gesekan yang harus diatasi untuk mempertahankannya pada kecepatan tertentu. Energi yang dibutuhkan berasal dari motor. Motor dengan daya lebih besar dapat menerapkan jumlah energi yang sama dalam waktu yang lebih singkat. Jadi: pelajari fisika dan buat perhitungan.
Bimpelrekkie
8
Oh, dan: jangan pernah mempercayai salesman. Tentu saja motor dapat bergerak 540 kg, berapa banyak yang bisa bergerak tidak tergantung pada motor tetapi pada gesekan berat yang harus di sekitarnya. Di ruang angkasa, Anda dapat memindahkan 540 kg dengan jari Anda .
Bimpelrekkie
1
Motor yang memutar restoran berputar di bagian atas Space Needle di Seattle ada di urutan motor satu-HP. Saya yakinkan Anda bahwa restoran ini memiliki berat lebih dari 540 kg. Pertanyaan Anda tidak dapat dijawab tanpa mengetahui seberapa cepat Anda ingin benda itu berputar dan kekuatan apa yang bekerja untuk memperlambatnya kembali .
Eric Lippert
1
Untuk meletakkan segala sesuatunya dalam perspektif: A Tesla Model S memiliki 270000 W daya, lebih dari 500 kali lipat dari yang Anda miliki.
MSalters
1
Beri aku tuas dan tempat untuk berdiri dan aku akan memindahkan dunia. Hal yang sama bisa dikatakan tentang gearing.
Steve

Jawaban:

21

"Penjual itu memberitahuku ..." LOL! Jika fisika adalah miliknya, dia mungkin bukan penjual. Dalam kasus apa pun, pekerjaannya adalah melakukan penjualan, baik perangkat Anda berfungsi atau tidak.

Hal pertama yang perlu Anda putuskan adalah seberapa besar daya yang dibutuhkan motor. Anda kemudian dapat khawatir tentang torsi dan kecepatan nanti. Itu bisa ditukar satu sama lain, tetapi Anda tidak bisa menipu fisika yang membutuhkan kekuatan tertentu untuk tugas-tugas tertentu.

Ada dua kriteria pengguna akhir yang perlu Anda perhatikan untuk memutuskan kekuatan. Ini adalah seberapa cepat Anda ingin dapat berakselerasi, dan kecepatan minimum apa yang Anda inginkan untuk dapat naik ke bukit yang layak. Saya akan menggunakan kriteria bukit sebagai contoh.

Katakanlah Anda ingin dapat naik 20 MPH naik kelas 20%. Grade 20% berarti Anda naik 1 bagian untuk setiap 5 forward. Karena satu-satunya pekerjaan fisika yang dilakukan naik, masalahnya berkurang hingga menaikkan 350 kg langsung pada 4 MPH. 4 MPH adalah 1,8 m / s, dan di sini di bumi 350 kg beratnya 3,43 kN. Karenanya, daya yang dikeluarkan:

  (1,8 m / s) (3,43 kN) = 6,13 kW

Tentu saja akan ada beberapa gesekan untuk diatasi, jadi Anda ingin sekitar 10 kW dalam contoh ini. Karena 500 W bahkan tidak dekat, Anda harus menentukan kinerja yang jauh lebih rendah atau mendapatkan motor yang jauh lebih besar (dan sumber daya untuk memberinya makan).

Mari kita balik ini dan melihat apa yang bisa dilakukan 500 W.

  (500 W) / (3,43 kN) = 146 mm / s

Begitulah seberapa cepat 500 W dapat mengangkat seluruh unit lurus ke atas. Menerapkannya pada tingkat 20%, misalnya, dapat bergerak sepanjang 5x itu, atau 730 mm / s, atau 1,63 MPH. Pada kenyataannya akan ada gesekan dan kerugian lainnya, jadi mungkin tidak lebih dari 500 mm / s = 1,1 MPH.

Ditambahkan tentang torsi

Anda harus mulai dengan kekuatan seperti dijelaskan di atas. Setelah Anda memutuskan berapa banyak daya motor harus padam, Anda menghadapi pengorbanan torsi / kecepatan. Anda dapat mengetahui berapa torsi / kecepatan yang Anda butuhkan di roda, tetapi itu biasanya akan terlalu lambat dan torsi terlalu tinggi untuk menghasilkan motor listrik yang wajar secara langsung. Akibatnya, akan ada beberapa persneling antara poros roda dan poros motor. Karena gearing ada di sana, pilih motor yang bagus dan kemudian desain rasio gear yang sesuai, bukan sebaliknya.

Untuk menempatkan ini dalam perspektif, mari kita lihat torsi dan kecepatan yang dibutuhkan naik kelas 20% pada 20 MPH seperti yang dijelaskan di atas. Katakanlah rodanya berdiameter 500 mm, jari-jarinya 250 mm, jadi keliling 1,57 m. 20 MPH adalah 8,9 m / s, jadi roda harus berputar pada 5,7 Hz. Anda tidak mungkin mendapatkan motor yang cocok dengan daya puncak dan efisiensi pada 5,7 Hz (342 RPM). Anda mungkin akan berakhir dengan rasio gigi 5x hingga 10x, tergantung pada motor terbaik yang tersedia yang Anda temukan.

Sebagai contoh, katakanlah Anda telah memutuskan Anda membutuhkan motor 10 kW. Itu bisa datang sebagai 60 Hz (3600 RPM) dan 26,5 Nm, 20 Hz dan 80 Nm, atau berbagai kombinasi lain yang semuanya menghasilkan 10 kW. Motor yang cocok hanya akan tersedia dalam kombinasi terbatas, dan gearing kemungkinan akan dirancang khusus pula. Pilih motornya, lalu biarkan mendikte rasio roda gigi.

Olin Lathrop
sumber
Terima kasih atas jawaban Anda, tetapi masih ada beberapa tanda tanya di benak saya: Kapan torsi penting? Juga, bagaimana perhitungan berubah dengan cara horisontal lurus, apakah sama dengan mengangkat lurus? Maaf atas kurangnya pengetahuan fisika saya.
Kerem Zaman
Dengan transmisi yang tepat Anda dapat mengubah torsi sesuka Anda. Anda akan memerlukan torsi roda tertentu untuk naik gradien atau berakselerasi dalam waktu tertentu (dan untuk mengatasi gesekan dan hambatan udara pada kecepatan yang lebih tinggi). Untuk Olin Lathrops contoh torsi roda akan menjadi 3,43kN * jari-jari roda. Rpm dengan 500W akan menjadi (146mm / keliling roda) * 60. Jadi dengan roda berdiameter 30cm Anda akan memerlukan torsi 514Nm dan Anda akan mendapatkan 58,4rpm pada daya maksimum motor. Carilah lembar data motor untuk kurva rpm / torsi / daya.
Michael
@ Karem: Saya telah memperbarui jawaban saya untuk membahas torsi, yang juga pada dasarnya adalah apa yang dikatakan Michael.
Olin Lathrop
Terima kasih telah menambahkannya. Konyol saya lupa mengalikan jari-jari saya dengan 2pi untuk keliling dan saya tidak bisa mengedit lagi.
Michael
Mungkin perlu disebutkan bahwa Anda menggunakan daya output mekanis dalam persamaan Anda, sementara motor mungkin ditentukan dalam hal daya (input) listrik. Motor nyata jauh dari efisien 100%, sehingga sebagian besar energi listrik input akan hilang sebagai panas karena pemanasan resistif dan gesekan.
Mels