Qual é a forma mais fácil de calcular o torque para motores?

Na seção abaixo você encontrará tudo. Eu tentei explicar-lhe em detalhe.

É muito importante medir diferentes parâmetros eléctricos e mecânicos do seu motor e calcular valores desconhecidos utilizando as seguintes fórmulas úteis.

Utilizaremos o Sistema Internacional de Unidades (SI). Este é um sistema métrico moderno que é oficialmente aceite na engenharia eléctrica nos EUA.

Uma das leis mais importantes da física é a Lei fundamental de Ohm. Ela afirma que a corrente através do condutor é diretamente proporcional à tensão aplicada e é expressa como:

I = V / R

onde I - corrente, medida em amperes (A);
V - tensão aplicada, medida em volts (V);
R - resistência, medida em ohms (Ω).

Esta fórmula poderia ser usada em muitos casos. Você pode calcular a resistência do seu motor medindo a corrente consumida e a voltagem aplicada. Para qualquer resistência dada (nos motores é basicamente a resistência da bobina) esta fórmula explica que a corrente pode ser controlada pela voltagem aplicada.

A potência eléctrica consumida do motor é definida pela seguinte fórmula:

Pin = I * V

where Pin - potência de entrada, medida em watts (W);
I - corrente, medida em amperes (A);
V - tensão aplicada, medida em volts (V).

Motores supostamente a fazer algum trabalho e dois valores importantes definem a potência do motor. É a velocidade e o torque do motor - a força de rotação do motor. A potência mecânica de saída do motor poderia ser calculada através da seguinte fórmula:

Pout = τ * ω

where Pout - potência de saída, medida em watts (W);
τ - torque, medido em Newton metros (N-m);
ω - velocidade angular, medida em radianos por segundo (rad/s).

É fácil calcular a velocidade angular se se conhecer a velocidade de rotação do motor em rpm:

ω = rpm * 2π / 60

onde ω - velocidade angular, medida em radianos por segundo (rad/s);
rpm - velocidade de rotação em rotações por minuto;
π - constante matemática pi (3.14).
60 - número de segundos num minuto.

Se o motor tiver 100% de eficiência toda a energia eléctrica é convertida em energia mecânica. No entanto, tais motores não existem. Mesmo pequenos motores industriais de precisão, como um que usamos como gerador em kit gerador, têm eficiência máxima de 50-60%. Os motores construídos a partir dos nossos kits têm normalmente uma eficiência máxima de cerca de 15% (ver secção Experimentos sobre como estimamos isto).

Não fique desapontado com a eficiência máxima de 15%. Todos os nossos kits são destinados à educação e não concebidos para aplicações reais. Esta eficiência não é nada má - na verdade é muito melhor do que a maioria dos outros designs feitos por nós na Internet podem fornecer. Os motores têm torque e velocidade suficientes para fazer todo tipo de experimentos e cálculos.

Medir o torque do motor é uma tarefa desafiadora. Requer equipamento especial e caro. Portanto, sugerimos calculá-lo.

Eficiência do motor é calculada como potência de saída mecânica dividida pela potência de entrada eléctrica:

>

E = Faneca / Pino

antes

Faneca = Pino * E

após substituição obtemos

τ * ω = I * V * E

τ * rpm * 2π / 60 = I * V * E

e a fórmula para calcular o torque será

τ = (I * V * E *60) / (rpm * 2π)

Conecte o motor à carga. Utilizar o motor do kit gerador é a melhor forma de o fazer. Por que você precisa conectar o motor à carga? Bem, se não há carga - não há torque.

Medir corrente, voltagem e rpm. Agora você pode calcular o torque para esta carga a esta velocidade assumindo que você conhece a eficiência do motor.

Nossa eficiência estimada de 15% representa a eficiência máxima do motor que ocorre apenas a uma determinada velocidade. A eficiência pode estar entre zero e o máximo; no nosso exemplo abaixo das 1000 rpm pode não ser a velocidade óptima, pelo que, para efeitos de cálculos, poderá utilizar uma eficiência de 10% (E = 0,1).

Exemplo: velocidade é 1000 rpm, tensão é 6 Volts, e corrente é 220 mA (0.22 A):

τ = (0.22 * 6 * 0.1 * 60) / (1000 * 2 * 3.14) = 0.00126 N-m

Como o resultado é pequeno normalmente é expresso em milliNewton metros (mN-m). Há 1000 mN-m em 1 N-m, portanto o torque calculado é 1,26 mN-m. Também poderia ser convertido ainda mais em centímetros de força gramas (g-cm), multiplicando o resultado por 10,2, ou seja, o torque é 12,86 g-cm.

No nosso exemplo a potência elétrica de entrada do motor é 0,22 A x 6 V = 1,32 W, a potência mecânica de saída é 1000 rpm x 2 x 3,14 x 0,00126 N-m /60 = 0,132 W.

Modifica o torque do motor com a velocidade. Sem carga você tem velocidade máxima e torque zero. A carga adiciona resistência mecânica. O motor começa a consumir mais corrente para superar esta resistência e a velocidade diminui. Se você aumentar a carga em algum ponto o motor pára (isto é chamado de parada). Quando ocorre, o torque está no máximo e é chamado de torque de paralisação. Embora seja difícil medir o torque de paralisação sem ferramentas especiais, você pode encontrar este valor traçando o gráfico de velocidade-torque. Você precisa fazer pelo menos duas medições com cargas diferentes para encontrar o torque de paralisação.

Quão preciso é o cálculo do torque? Embora a tensão, corrente e velocidade possam ser medidas com precisão, a eficiência do motor pode não estar correcta. Depende da precisão da sua montagem, posição do sensor, atrito, alinhamento dos eixos do motor e do gerador, etc. Se você quiser obter números significativos você pode usar um segundo kit gerador como explicado na seção Cálculo de torque e eficiência.

Velocidade, torque, potência e eficiência dos motores não são valores constantes. Normalmente o fabricante fornece os seguintes dados numa tabela como esta (dados de amostra de um dos motores usados no kit gerador):

Os fabricantes normalmente fornecem curvas de potência para o motor em voltagem nominal:

Estas curvas são geradas pela plotagem da velocidade do motor, corrente consumida e eficiência como funções do torque do motor. Algumas vezes pode haver também uma curva representando a potência mecânica de saída.

Como você pode ver no gráfico, velocidade e corrente são funções lineares de torque, então você pode precisar de apenas duas medidas para desenhar esses gráficos. Eficiência e potência necessitarão de mais dados. Normalmente para motores pequenos a potência máxima está a 50% do torque de parada (aproximadamente 50% da velocidade sem carga). A eficiência máxima pode ser de 10-30% do torque de paralisação do motor (70-90% da velocidade sem carga).

Embora seja tecnicamente melhor seguir o mesmo formato e criar curvas semelhantes para o seu motor, não é absolutamente necessário para um bom projeto científico. Você pode fazer todas as medições, calcular valores desconhecidos e traçar os gráficos onde, por exemplo, velocidade e torque são representados como funções de tensão ou corrente aplicada, etc.

Espera que ajude....