¿Cómo medir el peso máximo que puede mover un motor de CC?

Estamos trabajando en un proyecto de vehículo eléctrico controlado por computadora que se basa en un chasis ATV.

Mientras buscaba un motor DC para mover este vehículo (que se estima en 350 kg), encontré un motor eléctrico para silla de ruedas. Es un motor de 500 W 108 rpm 24 V CC y tiene su propio diferencial. El vendedor me dijo que puede mover hasta 540 kg. No sé en qué hecho se basa este número.

También tengo un motor de 500 W 1500 rpm 24 V CC. Si disminuyo las rpm y aumento el torque con la misma proporción del motor eléctrico de la silla de ruedas a través de reductores, ¿puede mover hasta 540 kg? ¿O el peso máximo que puede mover un motor depende de otros factores? ¿Cómo puedo medir esto?

Gracias por adelantado.

dc-motor

— Kerem Zaman
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No lo mides antes de calcularlo . Es física básica. Tienes un objeto con cierto peso, para cambiar su velocidad necesitarás una cantidad de energía. También hay que superar la fricción para mantenerla a cierta velocidad. La energía necesaria proviene del motor. Los motores con más potencia pueden aplicar la misma cantidad de energía en menos tiempo. Entonces: estudia física y haz cálculos.

— Bimpelrekkie

Ah, y: nunca confíes en un vendedor. Por supuesto, el motor puede mover 540 kg, la cantidad que puede mover no depende del motor, sino de la fricción que el peso tiene sobre su entorno. En el espacio, puedes mover 540 kg con tu dedo .

— Bimpelrekkie

El motor que hace girar el restaurante giratorio en la parte superior de la Space Needle en Seattle es del orden de un motor de un HP. Les aseguro que el restaurante pesa más de 540 kg. Su pregunta no tiene respuesta sin saber qué tan rápido quiere que gire la cosa y qué fuerzas están trabajando para retrasarla .

— Eric Lippert

Para poner las cosas en perspectiva: un Tesla Model S tiene 270000 W de potencia, más de 500 veces lo que tiene.

— MSalters

Dame una palanca y un lugar para pararme y moveré el mundo. Lo mismo puede decirse sobre el engranaje.

— Steve

"El vendedor me dijo ..." LOL! Si la física fuera lo suyo, probablemente no sería un vendedor. En cualquier caso, su trabajo es hacer una venta, ya sea que haga que su dispositivo funcione o no.

Lo primero que debe decidir es cuánta potencia debe tener el motor. Luego puede preocuparse por el par y la velocidad más adelante. Esos pueden intercambiarse entre sí, pero no puedes engañar a la física que requiere un cierto poder para ciertas tareas.

Hay dos criterios de usuario final que debe tener en cuenta para decidir el poder. Estos son qué tan rápido quieres acelerar y qué velocidad mínima quieres subir una colina decente. Usaré el criterio de la colina como ejemplo.

Digamos que desea poder subir 20 MPH con una calificación de 20%. 20% de calificación significa que sube 1 parte por cada 5 hacia adelante. Dado que el único trabajo de física que se está haciendo está aumentando, el problema se reduce a elevar 350 kg directamente a 4 MPH. 4 MPH es 1.8 m / s, y aquí en la tierra 350 kg pesa 3.43 kN. El poder gastado es por lo tanto:

(1.8 m / s) (3.43 kN) = 6.13 kW

Por supuesto, habrá algo de fricción que superar, por lo que querrás unos 10 kW en este ejemplo. Dado que 500 W ni siquiera está cerca, debe especificar un rendimiento mucho más bajo u obtener un motor mucho más grande (y la fuente de alimentación para alimentarlo).

Volteemos esto y veamos qué pueden hacer 500 W.

(500 W) / (3.43 kN) = 146 mm / s

Así de rápido puede levantar 500 W toda la unidad hacia arriba. Aplicando eso a un grado de 20%, por ejemplo, puede moverse a 5x eso, o 730 mm / s, o 1.63 MPH. En realidad, habrá fricción y otras pérdidas, por lo que probablemente no más de 500 mm / s = 1.1 MPH.

Añadido sobre el par

Debería comenzar con energía como se describe anteriormente. Una vez que ha decidido cuánta potencia debe emitir el motor, se enfrenta a la compensación de par / velocidad. Puede averiguar qué par / velocidad necesita en las ruedas, pero eso generalmente será demasiado lento y demasiado alto para que un motor eléctrico razonable produzca directamente. Como resultado, habrá algún engranaje entre el eje de la rueda y el eje del motor. Dado que el engranaje está allí de todos modos, elija un buen motor y luego diseñe la relación de engranaje en consecuencia, no al revés.

Para poner esto en perspectiva, echemos un vistazo al par y la velocidad necesarios para subir una pendiente del 20% a 20 MPH como se describió anteriormente. Digamos que las ruedas tienen un diámetro de 500 mm, un radio de 250 mm, una circunferencia de 1.57 m. 20 MPH es 8.9 m / s, por lo que la rueda debe girar a 5.7 Hz. No es probable que obtenga un motor adecuado con potencia y eficiencia máximas a 5.7 Hz (342 RPM). Probablemente terminará con una relación de transmisión de 5x a 10x, dependiendo del mejor motor disponible que encuentre.

Por ejemplo, supongamos que ha decidido que necesita un motor de 10 kW. Eso podría venir como 60 Hz (3600 RPM) y 26.5 Nm, 20 Hz y 80 Nm, o una variedad de otras combinaciones que resultan en 10 kW. Los motores adecuados solo estarán disponibles en combinación limitada, y el engranaje probablemente será diseñado de todos modos. Elija el motor, luego deje que dicte la relación de transmisión.

— Olin Lathrop
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Gracias por su respuesta, pero todavía hay algunos signos de interrogación en mi mente: ¿Cuándo es importante el torque? Además, ¿cómo cambian los cálculos para una forma horizontal recta, es lo mismo que levantar en línea recta? Perdón por mi falta de conocimientos de física.

— Kerem Zaman

Con la transmisión correcta, puede cambiar el par como lo desee. Necesitará un cierto torque de la rueda para subir un gradiente o acelerar en un cierto tiempo (y para superar la fricción y la resistencia del aire a velocidades más altas). Para el ejemplo de Olin Lathrops, el par de la rueda sería 3.43kN * radio de la rueda. Las rpm con 500 W serían (146 mm / circunferencia de la rueda) * 60. Entonces, con una rueda de 30 cm de diámetro, necesitaría un par de 514 Nm y obtendría 58.4rpm a la potencia máxima del motor. Busque la hoja de datos del motor para la curva rpm / torque / potencia.

— Michael

@Kerem: He actualizado mi respuesta para hablar sobre el torque, que también es básicamente lo que dijo Michael.

— Olin Lathrop

Gracias por agregarlo. Tonto, olvidé multiplicar mi radio con 2pi para la circunferencia y ya no puedo editar.

— Michael

Vale la pena mencionar que está utilizando potencia de salida mecánica en sus ecuaciones, mientras que los motores pueden especificarse en términos de potencia eléctrica (de entrada). Los motores reales están lejos de ser 100% eficientes, por lo que una porción significativa de la energía eléctrica de entrada se disipará como calor debido al calentamiento resistivo y la fricción.

— Mels