本帖最后由 纸飞歼轰 于 2018-2-19 11:24 编辑
20180219更新：联系实际电机、电压变化对电机的影响 附带一点点说明输电线和电调损失
本帖解释模圈多年的各种关于电机的观点
为什么在直机板块，450用低kv的6S马达比高kv的3S马达效率提高30%以上？
低kv扭矩大、高kv功率大、低kv效率高、低kv配高压效率高于高kv配低压。这些观点只在在一定情况下才是正确的。
前提条件：电机型号尺寸一样，只改变kv值（两种方法）和电压。记住：功率=扭矩*转速
无负载转速：电机的无负载转速是由电机产生的反电动势和电机转速的关系所决定的，电机永磁体磁场越弱、绕组绕的圈数越少、电压越高，无负载转速越高。即kv值和磁场强度与绕圈数有关。电机旋转时线圈切割永磁体产生的磁感线产生电压，该电压极性与电源相反并随着转速升高而成比例增加，故同一台电机在输入电压不变时转速越低电流越大（转速过低不是正常使用范围不符合）。
堵转扭矩：当转速为0时反电动势为0，电流越大、绕组圈数越多，磁场越强，堵转扭矩越大。在有刷电机中堵转扭矩是一个重要指标，无刷电机因为电调需要反电动势判断相位故堵转不能工作，也就没有”堵转“扭矩。因为反电动势与转速是线性关系，所以说负载扭矩和输入电流也就是线性关系，因此可以通过改变负载读出电流作一次函数图像，延长线到转速为0得出无刷电机的“堵转扭矩”。
这里介绍电机机械特性的一种表述：硬度。当负载大幅度改变时电机转速变化不大，那么该电机就“硬”；若负载变化不大而电机转速变化较大那么该电机就“软”。由于目前的电机控制器/调速器很先进，几乎可以0V启调、无极调速，所以说选用的电机越硬越好。
额定功率：即最大和持续功率，在相同电压下，kv值不同其额定功率也会有所不同。电机有三种损耗：机损即与转速成正比的机械
摩擦阻力和与转速的二次方成正比的空气阻力；铜损即漆包线电阻发热I^2*R；铁损即磁滞损耗和涡流损耗与磁通和换向频率平方关系。在负载很大的场合主要损耗是铜损。
在不改变电机结构的情况下改变kv值有两种方法：改变磁场强度和改变绕组绕线
我们引入某型号电机，假设它的永磁铁填满转子（如果是外转）。它是将x跟漆包线并联绕y圈，绕满槽。
我们用两种方法增大kv值假到原来的2倍。
1、改将2x跟漆包线绕y/2圈，也是刚好绕满，这将会
磁通量/2（因为圈数/2了） 电阻/4（导线长度/2 有效横截面积*2 电导率不变）
导致了
kv值*2（需要2倍转速达到改前的反电动势）堵转扭矩*2（电流*4 磁通面积/2）硬度不变。
如图还可以得出电压不变时，高kv相同扭矩对应的转速更高，电流更大。
选择扭矩在左图得出转速，该转速在右图得出电流。
因为电阻减小了，所以说产生相同的铜损对应转速更高，铁损随转速增加，但在重负载下比重没铜损多。所以说此法翻倍kv的额定功率更大，但是小于2倍原电机功率。
2、将永磁铁减少一半，不改变绕组，这将会
磁通量/2（磁场强度/2了） 电阻不变
导致了
kv值*2（需要2倍转速达到改前的反电动势） 堵转扭矩/2（电流不变磁通量/2） 硬度/4，机械特性恶化。
注意左图的交点，此时扭矩转速都一样输出功率一样但是对应右图的电流更大所以说效率一定更低而且低了不少，在交点左侧的效率没那么低但是也比第一种改kv法低就是没低像交点那么多。
综上所述：请选用第一种高kv电机。 然而很多涵道电机和低压直机电机磁铁都没填满转子，谨慎选择。
电机配桨：为什么“高kv电机扭矩小”？
在选用方法1的高kv电机后装桨，绘制桨的负载扭矩和转速的关系
功率=扭矩*转速，低kv大桨扭矩大但是转速小，高kv电机电流更大，但是铜损更小（电阻/4了）
这是应用“低kv配大桨 电压不变”的结果。
实际某款2212不同kv电机的特性分析
螺旋桨桨电机旋转的能量转化为气流推进能量，因此
推力对应扭矩、出气气流速度对应转速
kv980 接下来请留意转子极数和电机电阻，如果极数减少那就是第二种提升kv方法，如果电机电阻降低就是第一种提升kv方法
kv1250 电机电阻减少 极数不变 最大连续功率增加 螺旋桨最大持续推力略微降低
kv1400 电机电阻减少 极数不变 最大连续功率增加 螺旋桨最大持续推力略微降低
注意空载电流是在输入10V时测得，电机空载时铜损可以忽略不计，即它的铁损和机损仅有6W
负载越重铜损越大，铁损和机损越小。
kv2450 电机极数不变由14降低至10，使用了第二种方法、内阻下降至32，使用了第一种方法
所以说它最大连续功率增加 螺旋桨最大持续推力显著降低
结论：在电压不变时使用多并少圈（第一种）方法可以显著提升额定功率，而额定扭矩只会下降一点点。而使用弱磁（第二种）方法额定扭矩就会大幅度下降，不利于重载使用。实际用于螺旋桨的电机在低到中kv使用第一种方法，高kv两种方法同时使用。
为什么在直机板块，450用低kv的6S马达比高kv的3S马达效率提高30%以上？提升在哪里？
电压变化对电机的影响：将“基准”电机倍压，与两种提升kv的电机对比
第一种：2倍电压 VS. 2x并绕y/2圈
我们发现，机械特性完全重合！电流2kv无倍压*2了。
损耗分析
机损：转速一样，摩擦阻力和空气阻力一致；
铁损：虽然倍压但绕圈数减半，乘积不变，换向频率因转速一致而完全一致，铁损相等；
铜损：倍压电机电流为多并少圈的1/2 而倍压电机电阻为多并少圈的4倍 所以说I^2*R=0.5*0.5^4=1。
即：两者损耗完全相等
第二种：2倍电压 VS. 永磁场1/2
就一句话：前者可以轻松带动后者几乎带不动的负载。
当扭矩为5个单位时前者转速17.5后者10，此时电流前者5后者10，效率显而易见。
有很多3S直机外转电机磁铁没填满转子，甚至只填了一半（因为kv值和涵道电机差不多），所以说效率没6S高。
如果3S电机完全使用了多并少圈的方法，那么效率和6S是接近的，但是不能完全达到，因为输电线和电调的损失不可忽略。
输电线：不论3S还是6S基本上都用同样的线和插头（如12AWG、XT60）那么和高压输电降低损耗的原理一样。
电调：电调有4种损耗，导通损耗、续流损耗、开关损耗和供电损耗
直流无刷电调是通过开关6个MOSFET，将直流电按照顺序给电机三相的某两相轮流供电，三相梯形波交流电。
通过磁场（霍尔 有感无刷）反电动势（无感无刷）检测电机相位，给相应的路通电，这就是电子换向。
调速通过PWM调整通电时间控制电机端电压
无刷电调可以被看作是电子换向器+buck降压模块
图示降压模块由开关、续流二极管、电感、电容（图中未标出）构成
在电调中为6个MOSFET续流二极管组合，因电机线圈存在电感。
导通损耗：MOSFET存在内阻（比电线内阻大）在导通的时候可以看作是一个固定电阻，电压较低时为电调的主要损耗；
开关损耗：MOSFET在关闭时内阻近似无穷大可以看作绝缘，而在开关一瞬间的电阻明显，此时损耗最大，但是开关中的时间远小于全开+全关的的时间，平均下来损耗不大；
续流损耗：电感性负载不能直接断开，否则感生电动势会损坏电调，必须续流，肖特基二极管在通过电流时电压降约为0.3V，损耗为0.3*电流。在MOSFET的PWM占空比低到中（即小油门）有较多的时间需要续流，损耗更明显；
供电损耗：电调内置电源模块给控制器供电，BEC给接收机和舵机供电。压差越大，效率越低。
结论：既然调压和第一种调kv一样为了减小输电损耗为什么不用尽可能高的电压来将电流尽可能小？
电压过高时中小油门时的续流比重更大，续流损耗急剧上升；
电压越高，开关损耗越大，过高会击穿MOSFET造成严重事故；
电压越高，需要S数越多，只要有一片电池故障就会掉电炸机，12S的风险是4S的3倍；
电压超过36V时存在危险。
为什么车辆模型，使用高kv电机通过减速器驱动车轮而不是采用低kv直驱？
未完待续：减速器对输出特性的影响
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发表于 2018-2-17 22:31
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服你
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