[Informações úteis] Perguntas e Respostas sobre o Conhecimento Motor
1.O que é um motor?
Um motor é um componente que converte energia elétrica de uma bateria em energia mecânica para fazer as rodas de um veículo elétrico girarem.
2. O que é um enrolamento?
O enrolamento da armadura é a parte central de um motor DC, consistindo de bobinas enroladas com fio esmaltado de cobre. Quando o enrolamento da armadura gira no campo magnético do motor, ele gera força eletromotriz.
3. O que é um campo magnético?
Um campo magnético é o campo de força que ocorre ao redor de um ímã permanente ou de uma corrente elétrica, abrangendo o espaço onde as forças magnéticas podem alcançar ou atuar.
4. O que é intensidade de campo magnético?
A intensidade do campo magnético a uma distância de 1/2 metro de um fio infinitamente longo transportando 1 ampère de corrente é 1A/m (ampère por metro, no Sistema Internacional de Unidades, SI). No sistema de unidades CGS (centímetro-grama-segundo), para comemorar as contribuições de Oersted ao eletromagnetismo, a intensidade do campo magnético a uma distância de 0,2 centímetros de um fio infinitamente longo transportando 1 ampère de corrente é definida como 10e (Oersted), onde 10e = 1/4π×10^-3 A/m. A intensidade do campo magnético é geralmente denotada por H.
5. O que é a Regra de Ampère?
Segurando um fio reto na mão direita, com o polegar apontando na direção da corrente, a direção em que os dedos se curvam indica a direção das linhas do campo magnético ao redor do fio.
6. O que é fluxo magnético?
Também conhecida como quantidade de fluxo magnético, é definida como o produto da intensidade de indução magnética B e a área S de um plano perpendicular à direção do campo magnético em um campo magnético uniforme.
7. O que é um estator?
A parte estacionária de um motor com ou sem escovas durante a operação. Em um motor sem engrenagens com ou sem escovas do tipo cubo, o eixo do motor é chamado de estator, tornando-o um motor de estator interno.
8. O que é um rotor?
A parte rotativa de um motor com ou sem escovas durante a operação. Em um motor sem engrenagens com ou sem escovas do tipo cubo, o invólucro externo é chamado de rotor, tornando-o um motor de rotor externo.
9. O que são escovas de carvão?
Localizadas contra a superfície do comutador em um motor escovado, as escovas de carvão transmitem energia elétrica para as bobinas conforme o motor gira. Devido à sua composição primária de carbono, elas são propensas a desgaste e exigem manutenção regular, substituição e limpeza de depósitos de carbono.
10. O que é um porta-escovas?
Um canal mecânico dentro de um motor com escovas que segura e retém as escovas de carvão na posição.
11. O que é um comutador?
Em um motor com escovas, o comutador consiste em tiras de metal isoladas que entram em contato alternadamente com os terminais positivo e negativo das escovas conforme o rotor do motor gira, invertendo a direção do fluxo de corrente nas bobinas do motor para obter a comutação.
12. O que é sequência de fases?
A ordem de disposição das bobinas em um motor sem escovas.
13. O que são aços magnéticos?
Comumente usado para se referir a materiais magnéticos de alta intensidade; motores de veículos elétricos normalmente empregam aços magnéticos de terras raras de neodímio-ferro-boro (NdFeB).
14. O que é força eletromotriz (EMF)?
Gerada pelo rotor do motor cortando as linhas do campo magnético, a EMF se opõe à voltagem aplicada, daí seu nome força contraeletromotriz (CEMF).
15. O que é um motor com escovas?
Em um motor com escovas, as bobinas e o comutador giram enquanto os ímãs e as escovas de carvão permanecem estacionários. A direção alternada da corrente da bobina é obtida por meio do comutador rotativo e das escovas. Os motores com escovas na indústria de veículos elétricos são divididos em tipos de alta e baixa velocidade. A principal diferença entre motores com escovas e sem escovas é a presença de escovas de carvão em motores com escovas.
16. O que é um motor escovado de baixa velocidade e suas características?
Na indústria de veículos elétricos, um motor escovado de baixa velocidade se refere a um motor CC sem engrenagens, de baixa velocidade e alto torque, do tipo cubo, onde a velocidade relativa entre o estator e o rotor corresponde à velocidade da roda. O estator tem 5-7 pares de ímãs, e a armadura do rotor tem 39-57 slots. Como os enrolamentos da armadura são fixados dentro da caixa da roda, a dissipação de calor é facilitada pela caixa giratória e seus 36 raios, que aumentam a condutividade térmica.
17. Características dos motores com escovas e engrenagens?
Motores escovados têm o principal perigo oculto de "desgaste das escovas" devido à presença de escovas. Deve-se notar que os motores escovados são divididos em tipos com e sem engrenagens. Atualmente, muitos fabricantes optam por motores escovados e com engrenagens, que são motores de alta velocidade. A parte "com engrenagens" se refere ao uso de um mecanismo de redução de engrenagem para ajustar a velocidade do motor para baixo (conforme estipulado pelos padrões nacionais, a velocidade das bicicletas elétricas não deve exceder 20 km/h, então a velocidade do motor deve ser em torno de 170 rpm).
Como um motor de alta velocidade com redução de marcha, ele apresenta aceleração robusta, dando aos pilotos uma sensação poderosa durante a partida e fortes capacidades de subida de colinas. No entanto, o cubo elétrico é fechado e apenas lubrificante é adicionado antes de sair da fábrica. É difícil para os usuários realizarem manutenção de rotina, e as próprias engrenagens sofrem desgaste mecânico. Após cerca de um ano, a lubrificação insuficiente pode agravar o desgaste da engrenagem, levando ao aumento do ruído, maior consumo de corrente durante o uso e impactando a vida útil do motor e da bateria.
18. O que é um motor sem escovas?
Um motor sem escovas obtém mudanças alternadas na direção da corrente dentro de suas bobinas por meio do controlador que fornece eletricidade DC com direções de corrente variáveis. Não há escovas ou comutadores entre o rotor e o estator de um motor sem escovas.
19. Como um motor consegue a comutação?
Tanto os motores brushless quanto os brushed exigem mudanças alternadas na direção da corrente que flui por suas bobinas durante a rotação para garantir a rotação contínua. Os motores brushed dependem de um comutador e escovas para fazer isso, enquanto os brushless dependem do controlador.
20. O que é falha de fase?
No circuito trifásico de um motor sem escovas ou controlador sem escovas, uma fase falha ao funcionar corretamente. A falha de fase pode ser classificada como falha de fase principal e falha do sensor Hall. Isso se manifesta quando o motor sofre vibrações e não consegue funcionar, ou gira fracamente com ruído excessivo. Operar um controlador em condições de falha de fase pode facilmente levar à queima.
21. Quais são os tipos comuns de motores?
Os tipos comuns de motores incluem motores de cubo com engrenagens escovadas, motores de cubo sem engrenagens escovadas, motores de cubo sem engrenagens sem escovas, motores de cubo sem engrenagens sem engrenagens sem escovas e motores montados lateralmente.
22. Como podemos distinguir entre motores de alta e baixa velocidade com base em seus tipos?
A) Motores de cubo com engrenagens escovadas e motores de cubo com engrenagens sem escovas pertencem a motores de alta velocidade.
B) Motores de cubo não engatados com escovas e motores de cubo não engatados sem escovas pertencem a motores de baixa velocidade.
23. Como é definida a potência do motor?
A potência do motor refere-se à relação entre a energia mecânica produzida pelo motor e a energia elétrica fornecida pela fonte de energia.
24. Por que é importante escolher a potência do motor? Qual é o significado de selecionar a potência nominal de um motor?
Escolher a potência nominal de um motor é uma tarefa crucial e complexa. Se a potência nominal for muito alta para a carga, o motor frequentemente operará em condições de carga leve, não utilizando totalmente sua capacidade, levando à ineficiência e ao aumento dos custos operacionais. Por outro lado, se a potência nominal for muito baixa, o motor ficará sobrecarregado, causando aumento da dissipação interna, eficiência reduzida e vida útil mais curta do motor. Mesmo sobrecargas leves podem reduzir significativamente a vida útil do motor, enquanto sobrecargas mais severas podem danificar o isolamento ou até mesmo queimar o motor. Portanto, é essencial selecionar a potência nominal do motor estritamente com base nas condições operacionais do veículo elétrico.
25. Por que motores CC sem escovas normalmente requerem três sensores Hall?
Em termos simples, para um motor DC sem escovas girar, deve sempre haver um certo ângulo entre o campo magnético das bobinas do estator e os ímãs permanentes do rotor. Conforme o rotor gira, a direção do seu campo magnético muda, e para manter o ângulo entre os dois campos, a direção do campo magnético das bobinas do estator deve mudar em certos pontos. Os três sensores Hall são responsáveis por informar o controlador quando mudar a direção da corrente, garantindo que esse processo ocorra suavemente.
26. Qual é a faixa aproximada de consumo de energia para sensores Hall em motores sem escovas?
A faixa aproximada de consumo de energia para sensores Hall em motores sem escovas está entre 6 mA e 20 mA.
27. Em que temperatura um motor pode operar normalmente?
Qual é a temperatura máxima que um motor pode suportar? Se a temperatura da tampa do motor exceder a temperatura ambiente em mais de 25 graus, isso indica que o aumento de temperatura do motor excedeu a faixa normal. Geralmente, o aumento de temperatura de um motor deve ser abaixo de 20 graus. As bobinas do motor são enroladas com fio esmaltado, e o revestimento de esmalte pode descascar em temperaturas acima de 150 graus, causando curto-circuitos na bobina. Quando a temperatura da bobina atinge 150 graus, o invólucro do motor pode apresentar uma temperatura de cerca de 100 graus. Portanto, se considerarmos a temperatura do invólucro, a temperatura máxima que um motor pode suportar é de aproximadamente 100 graus.
28. A temperatura do motor deve estar abaixo de 20 graus Celsius, o que significa que a temperatura da tampa da extremidade do motor deve exceder a temperatura ambiente em menos de 20 graus Celsius. Quais são as razões para o superaquecimento do motor exceder 20 graus Celsius?
A causa direta do superaquecimento do motor é a alta corrente. Isso pode ser devido a curtos ou aberturas de bobinas, desmagnetização do aço magnético ou baixa eficiência do motor. Situações normais incluem o motor operando em altas correntes por períodos prolongados.
29. O que faz um motor esquentar? Qual é o processo envolvido?
Quando um motor opera sob carga, há perda de potência dentro do motor, que finalmente se converte em calor, elevando a temperatura do motor acima da temperatura ambiente. A diferença entre a temperatura do motor e a temperatura ambiente é chamada de aumento de temperatura. Uma vez que o aumento de temperatura ocorre, o motor dissipa calor para o ambiente; quanto maior a temperatura, mais rápida a dissipação de calor. Quando o calor gerado pelo motor por unidade de tempo é igual ao calor dissipado, a temperatura do motor permanece estável, alcançando um equilíbrio entre geração e dissipação de calor.
30. Qual é o aumento geral de temperatura permitido para um motor? Qual parte do motor é mais afetada pelo aumento de temperatura? Como ele é definido?
Quando um motor está operando sob carga, para maximizar sua eficácia, quanto maior a potência de saída (se a resistência mecânica não for considerada), melhor. No entanto, maior potência de saída leva a maior perda de potência e temperaturas mais altas. Sabemos que o ponto mais fraco em termos de resistência à temperatura dentro de um motor é o material isolante, como o fio esmaltado. Os materiais isolantes têm um limite de temperatura. Dentro desse limite, suas propriedades físicas, químicas, mecânicas e elétricas permanecem estáveis, e sua vida útil é geralmente em torno de 20 anos.
Exceder esse limite reduz drasticamente a vida útil dos materiais isolantes e pode até levar à queima. Esse limite de temperatura é conhecido como temperatura permitida do material isolante, que também é a temperatura permitida para o motor. A vida útil do material isolante é geralmente equivalente à vida útil do motor.
As temperaturas ambientes variam com o tempo e o local, e uma temperatura ambiente padrão de 40°C é especificada para o projeto de motores na China. Portanto, a temperatura permitida do material isolante ou do motor menos 40°C é o aumento de temperatura permitido. Diferentes materiais isolantes têm diferentes temperaturas permitidas. Com base em suas temperaturas permitidas, os cinco materiais isolantes comumente usados para motores são classificados como A, E, B, F e H.
Tomando como base uma temperatura ambiente de 40°C, a tabela a seguir mostra os cinco materiais isolantes, suas temperaturas permitidas e aumentos de temperatura permitidos, correspondendo aos seus respectivos graus, materiais isolantes, temperaturas permitidas e aumentos de temperatura permitidos:
A: Algodão, seda, papelão, madeira, etc., tratados com impregnação, verniz isolante comum. Temperatura permitida: 105°C, Aumento de temperatura permitido: 65°C
E: Resina epóxi, filme de poliéster, papel de mica, fibra de triacetato, verniz isolante de alta qualidade. Temperatura permitida: 120°C, Aumento de temperatura permitido: 80°C
B: Compostos de mica, amianto e fibra de vidro ligados com verniz orgânico com resistência ao calor melhorada. Temperatura permitida: 130°C, Aumento de temperatura permitido: 90°C
F: Compostos de mica, amianto e fibra de vidro ligados ou impregnados com resina epóxi resistente ao calor. Temperatura permitida: 155°C, Aumento de temperatura permitido: 115°C
H: Mica, amianto ou compósitos de fibra de vidro ligados ou impregnados com resina de silicone, borracha de silicone. Temperatura permitida: 180°C, Aumento de temperatura permitido: 140°C
31. Como você mede o ângulo de fase de um motor sem escovas?
Ao conectar a fonte de alimentação ao controlador, que então fornece energia aos elementos Hall, o ângulo de fase do motor sem escovas pode ser detectado. O método é o seguinte: Use a faixa de tensão de +20 V CC em um multímetro, conecte o fio vermelho à linha de +5 V e use o fio preto para medir as tensões alta e baixa dos três fios. Compare as leituras com as tabelas de comutação para motores de 60 graus e 120 graus.
32. Por que nenhum controlador DC brushless pode ser conectado a nenhum motor DC brushless e esperar que ele opere normalmente? Por que existe um conceito de sequência de fase reversa para motores DC brushless?
Em termos gerais, a operação real de um motor CC sem escovas envolve o seguinte processo: rotação do motor –– mudança na direção do campo magnético do rotor –– quando o ângulo entre o campo magnético do estator e o campo magnético do rotor atinge 60 graus elétricos –– o sinal de Hall muda –– a direção da corrente de fase muda –– o campo magnético do estator avança em 60 graus elétricos –– o ângulo entre os campos magnéticos do estator e do rotor se torna 120 graus elétricos –– o motor continua a girar.
Isso esclarece que há seis estados Hall corretos. Quando um estado Hall específico informa o controlador, o controlador emite um estado de fase específico. Portanto, reverter a sequência de fase é uma tarefa para garantir que o ângulo elétrico do estator progrida em uma única direção em 60 graus elétricos.
33. O que acontece se um controlador sem escovas de 60 graus for usado em um motor sem escovas de 120 graus e vice-versa?
Ambas as situações levarão à perda de fase e impedirão a rotação normal. No entanto, os controladores usados pela JieNeng são controladores brushless inteligentes que podem identificar automaticamente motores de 60 graus ou 120 graus, permitindo compatibilidade e facilidade de manutenção e substituição.
34. Como a sequência de fases correta pode ser determinada para um controlador CC sem escovas e um motor CC sem escovas?
Primeiro, certifique-se de que os fios de energia e aterramento da linha Hall estejam conectados corretamente às linhas correspondentes no controlador. Há 36 combinações possíveis para conectar as três linhas Hall do motor às três linhas do motor no controlador. O mais simples, embora–wn, mas cuidado e uma certa ordem são necessários. Evite grandes rotações durante o teste, pois elas podem danificar o controlador. Se o motor girar mal, essa configuração está incorreta. Se o motor girar ao contrário, sabendo a sequência de fases do controlador, troque as linhas Hall a e c e as linhas do motor A e B para obter rotação para frente. Finalmente, verifique a conexão correta garantindo a operação normal em altas correntes.
35. Como um controlador sem escovas de 120 graus pode controlar um motor de 60 graus?
Adicione um circuito de direção entre a linha de sinal Hall (fase B) do motor sem escovas e a linha de sinal de amostragem do controlador.
36. Quais são as diferenças visuais entre um motor de alta velocidade com escovas e um motor de baixa velocidade com escovas?A. Um motor de alta velocidade tem uma embreagem de avanço, o que o torna fácil de girar em uma direção, mas difícil na outra. Um motor de baixa velocidade gira facilmente em ambas as direções.B. Um veículo com motor de alta velocidade produz ruído mais alto durante a rotação, enquanto a rotação de um motor de baixa velocidade é relativamente mais silenciosa. Indivíduos experientes podem identificá-los facilmente pelo som.
37. Qual é a condição operacional nominal de um motor?A condição operacional nominal de um motor se refere a um estado em que todos os parâmetros físicos estão em seus valores nominais. Operar sob essas condições garante desempenho confiável do motor com desempenho geral ideal.
38. Como é calculado o torque nominal de um motor?A saída de torque nominal no eixo do motor é denotada como T2n. É calculada dividindo a saída de potência mecânica nominal (Pn) pela velocidade rotacional nominal (Nn), ou seja, T2n = Pn/Nn. Onde Pn está em Watts (W), Nn está em revoluções por minuto (r/min) e T2n está em Newton-metros (NM). Se Pn for dado em quilowatts (KW), o coeficiente 9,55 deve ser alterado para 9550.
Portanto, sob condições de potência nominal igual, um motor com menor velocidade de rotação terá maior torque.
39. Como é definida a corrente de partida de um motor?A corrente de partida de um motor geralmente não deve exceder 2-5 vezes sua corrente nominal. Esta é uma razão crucial para implementar proteção de limitação de corrente em controladores.
40. Por que as velocidades de rotação dos motores vendidos no mercado estão cada vez maiores e quais são as implicações?Os fornecedores aumentam as velocidades para reduzir custos. Para motores de baixa velocidade, velocidades mais altas significam menos voltas de bobina, menos chapas de aço silício e menos peças de aço magnético. Os consumidores geralmente percebem velocidades mais altas como melhores.
Entretanto, operar na velocidade nominal mantém a potência constante, mas resulta em eficiência significativamente menor na faixa de baixa velocidade, levando a um torque de partida ruim.
Menor eficiência requer correntes mais altas para partida e durante a condução, exigindo mais da limitação de corrente do controlador e afetando negativamente o desempenho da bateria.
41. Como consertar um motor que está anormalmente quente?Os métodos gerais de reparo são substituir o motor ou realizar manutenção e proteção.
42. Quais são as possíveis causas para a corrente sem carga de um motor exceder os dados limite na tabela de referência e como repará-la?Possíveis causas incluem atrito mecânico interno excessivo, curto-circuito parcial nas bobinas, desmagnetização do aço magnético e depósitos de carbono no comutador de motores CC. Os métodos de reparo geralmente envolvem a substituição do motor, a substituição das escovas de carbono ou a limpeza dos depósitos de carbono.
43. Quais são os limites máximos de corrente sem carga para vários tipos de motores sem falhas, correspondentes ao tipo de motor, tensão nominal de 24 V e tensão nominal de 36 V?
Motor montado lateralmente: 2,2 A (24 V), 1,8 A (36 V)
Motor escovado de alta velocidade: 1,7 A (24 V), 1,0 A (36 V)
Motor escovado de baixa velocidade: 1,0 A (24 V), 0,6 A (36 V)
Motor sem escova de alta velocidade: 1,7 A (24 V), 1,0 A (36 V)
Motor sem escovas de baixa velocidade: 1,0 A (24 V), 0,6 A (36 V)
44. Como medir a corrente sem carga de um motor?Ajuste o multímetro para a faixa de 20 A e conecte as pontas de prova vermelha e preta em série com os terminais de entrada de energia do controlador. Ligue a energia e, com o motor parado, registre a corrente máxima A1 exibida no multímetro. Gire o acelerador para fazer o motor girar em alta velocidade sem carga por mais de 10 segundos. Aguarde a velocidade do motor se estabilizar, então observe e registre o valor máximo de corrente A2 exibido no multímetro. A corrente sem carga do motor é calculada como A2 - A1.
45. Como identificar a qualidade de um motor e quais parâmetros são cruciais?Os principais parâmetros a serem considerados são a corrente sem carga e a corrente de condução, que devem ser comparadas com valores normais. Além disso, a eficiência do motor, torque, ruído, vibração e geração de calor são fatores importantes. O melhor método é usar um dinamômetro para testar a curva de eficiência.
46. Quais são as diferenças entre motores de 180 W e 250 W e quais são os requisitos para o controlador?
A corrente de condução de um motor de 250 W é maior, exigindo maior margem de potência e confiabilidade do controlador.
47. Por que a corrente de condução de uma bicicleta elétrica difere em condições normais com base na classificação do motor?
É bem sabido que, em condições normais, com uma carga nominal de 160 W, a corrente de condução em um motor CC de 250 W é de cerca de 4-5 A, enquanto é um pouco maior em um motor CC de 350 W.
Exemplo: Se a tensão da bateria for 48 V e ambos os motores, 250 W e 350 W, tiverem um ponto de eficiência nominal de 80%, então a corrente de trabalho nominal do motor de 250 W será de aproximadamente 6,5 A, enquanto a corrente de trabalho nominal do motor de 350 W será de aproximadamente 9 A.
Os motores geralmente têm pontos de eficiência mais baixos quando a corrente de trabalho desvia ainda mais da corrente de trabalho nominal. Em uma carga de 4-5A, o motor de 250W tem uma eficiência de 70%, enquanto o motor de 350W tem uma eficiência de 60%. Portanto, em uma carga de 5A:
A potência de saída do motor de 250 W é 48 V * 5 A * 70% = 168 W
A potência de saída do motor de 350 W é 48 V * 5 A * 60% = 144 W
Para atingir uma potência de saída de 168 W (aproximadamente a carga nominal) com o motor de 350 W, a fonte de alimentação deve aumentar, elevando assim o ponto de eficiência.
48. Por que uma bicicleta elétrica com motor de 350 W tem menor autonomia do que uma com motor de 250 W nas mesmas condições?
Nas mesmas condições, a corrente de condução de uma bicicleta elétrica com motor de 350 W é maior, resultando em menor autonomia ao usar a mesma bateria.
A seleção da potência nominal do motor geralmente segue três etapas: Primeiro, calcule a potência de carga (P). Segundo, pré-selecione a potência nominal do motor e outras especificações com base na potência de carga. Terceiro, verifique o motor pré-selecionado.
A verificação normalmente começa com o aumento térmico, seguido pela capacidade de sobrecarga e, se necessário, capacidade de partida. Se todas as verificações forem aprovadas, o motor pré-selecionado será finalizado. Caso contrário, repita a partir da segunda etapa até obter sucesso. É crucial observar que, sob a condição de satisfazer os requisitos de carga, um motor de potência nominal menor é mais econômico.
Após concluir a segunda etapa, ajuste a potência nominal com base em temperaturas ambientes variáveis. A potência nominal é baseada em uma temperatura ambiente padrão de 40°C. Se a temperatura ambiente for consistentemente mais baixa ou mais alta, ajuste a potência nominal do motor para utilizar totalmente sua capacidade. Por exemplo, em áreas com temperaturas consistentemente mais baixas, aumente a potência nominal do motor além do Pn padrão e, inversamente, em ambientes mais quentes, reduza a potência nominal.