سیستم موتور برقی

محاسبات تعیین موتور الکتریکی در یک خودرو ساده

برای انتخاب موتور مورد نیاز در سیستم فرمان برقی برای ایجاد حداکثر گشتاور چرخاندن چرخ های خودرو باید تعدادی از عوامل موثر مورد توجه قرار گیرند.

در مثال زیر سعی شده است این عوامل بیان شوند:

وزن نخالص خودرو: 15.87 kg

وزن هر چرخ محرک: 4.53 kg

شعاع چرخ یا تایر: 0.1 m

بیشترین سرعت خودرو: 0.45 m/s

زمان شتاب گیری مورد نظر: 1 S

حداکثر زاویه شیب: 2 degree

زمینه مورد نظر برای کاکرد: بتن (خوب)

برای انتخاب موتور مورد نظر برای فرمان خودرو برقی ضروری است که بیشترین مقدار توان برای فرمان پذیری را تعیین کنیم:

[TTE [lb] = RR [lb] + GR [lb] + Fa [lb

که هر پارامتر به شکل زیر تعریف میشود:

[TTE = total tractive effort [lb

RR = نیروی لازم برای غلبه بر مقاومت نورد [lb]

GR =نیروی مورد نیاز برای بالا رفتن شیب مورد نظر [lb]

Fa = نیروی مورد نیاز برای شتاب دادن برای رسیدن به سرعت نهایی [lb]

:که این پارامتر ها به شرح زیر تعیین میشوند

نیروی لازم برای غلبه بر مقاومت نورد:

برای محاسبه مقاومت نورد که در سطح های مختلف بنا به جنس و نوع سطح مختلف است باید از فرمول زیر استفاده کرد که بنا به مثال بالا حل میشود:

RR [lb] = WGV [lb] x Crr [-]

RR = نیروی لازم برای غلبه بر مقاومت نورد [lb]

WGV = وزن ناخالص [lb]

Csf = ضریب اصطکاک سطح

برای مثال بالا این مقادیر به شرح زیر است:

RR = 35 lb x 0.01 (good concrete) = 0.35 lb

نیروی مورد نیاز برای بالا رفتن شیب مورد نظر [lb]

مقاومت درجه (GR) مقدار نیروی لازم برای حرکت یک وسیله نقلیه تا شیب مورد نظر است. این محاسبه باید با استفاده از حداکثر زاویه یا درجه انجام شود، انتظار می رود که وسیله نقلیه بتواند بالا برود از این شیب.

GR [lb] = WGV [lb] x sin(α)

GR = grade resistance [lb]

WGV = وزن ناخالص [lb]

α = حداکثر زاویه شیب

که برای مثال بالا مقادیر به شرح زیر است:

GR = 35 lb x sin(2°) = 1.2 lb

نیروی مورد نیاز برای شتاب دادن برای رسیدن به سرعت نهایی [lb]

نیروی لازم برای سرعت بخشیدن از توقف به حداکثر سرعت در یک زمان مطلوب است.

Fa [lb] = WGV [lb] x Vmax [ft/s] / (32.2 [ft/s2] x ta [s])

Fa = acceleration force [lb]

WGV = وزن ناخالص [lb]

Vmax = بیشترین سرعت [ft/s]

ta = زمان لازم برای رسیدن به حداکثر سرعت [s]

که برای مثال بالا مقادیر به شرح زیر است:

Fa = 35 lb x 1.5 ft/s / (32.2 ft/s2 x 1 s) = 1.6 lb

حال بیشترین مقدار توان برای فرمان پذیری را محاسبه میکنم:

TTE = 0.35 lb + 1.2 lb + 1.6 lb = 3.2 lb  

حال به سراغ تعیین گشتاور موتور فرمان میرسد:

برای تعیین گشتاور موتور فرمان بر اساس محاسبات بالا باید از فرمول زیر استفاده شود:

Tw [lb-in] = TTE [lb] x Rw [in] x RF [-]

Tw = wheel torque [lb-in]

TTE = total tractive effort [lb]

Rw = شعاع چرخ [in]

RF = ضریب مقاومت [-]

که بنا به مقادیر محاسبه شده و مقادیر اولیه میتوان مقدار گشتاور فرمان را تعیین کرد:

Tw = 3.2 lb x 4 in x 1.1 = 14 lb-in  

گام نهایی این است به منظور بررسی خودرو می تواند گشتاور مورد نیاز از چرخ محرک (ها) به زمین منتقل کنند. حداکثر گشتاور کششی (MTT) یک چرخ می تواند برابر وزن خودرو باشد که با ضریب اصطکاک بین چرخ و زمین برابر است.

MTT = Ww [lb] x μ [-] x Rw [in]

Ww = وزن (بار نرمال) بر روی چرخ درایو [lb]

μs = ضریب اصطکاک استاتیک بین چرخ و زمین (~ 0.4 برای پلاستیک در چوب خشک) [-]

Rw = شعاع چرخ درایو / تایر [in]

که مقدار زیر به دست می اید:

MTT = 10 lb x 0.4 x 4 in = 16 lb-in  

نتایج پایانی:

Total Tractive Effort نیروی افقی خالص است که توسط چرخ های درایو به زمین اعمال می شود. اگر طراحی دارای دو چرخ محرک است، نیروی اعمال شده در هر چرخ درایو (برای سفر مستقیم) نیمی از TTE محاسبه شده است.

گشتاور چرخ محاسبه شده در مرحله پنجم گشتاور چرخ کل است. این مقدار با تعداد چرخ های درایو تغییر نمی کند. مجموع گشتاور موتور محرک (مشخصات موتور را ببینید) باید بیشتر یا برابر محاسبه گشتاور چرخ باشد.

حداکثر گشتاور کششی نشان دهنده حداکثر مقدار گشتاور است که می تواند قبل از لغزش برای هر چرخ محرک اعمال شود. گشتاور کل چرخ محاسبه شده در مرحله اخر باید کمتر از مجموع حداکثر رانش کششی برای تمام چرخهای درایو باشد تا لغزش رخ دهد.

مقدار نهایی پارامتر ها:

▪ Gross vehicle weight (WGV): 20 – 40 lb

▪ Weight on each drive wheel (Ww): 5 – 15 lb

▪ Radius of wheel/tire (Rw): 2 – 6.8 in

▪ Desired top speed (Vmax): Speed Calcs

▪ Desired acceleration time (ta): 0.3 – 2 sec

▪ Max incline angle (α): 1 – 3 degree

▪ Worst working surface: concrete (good)

▪ Number of drive wheels: 2