測試馬達轉速與繞線關係

測試馬達轉速與繞線關係
 
此不說明馬達轉動的原理,但需知道電力與馬達的關係,
右手安培定律,電流通過方向,決定磁場方向,決定馬達轉動方向,
電流由正極流向負極,即右手姆指向負,電流朝4手指方向,
將右手的大拇指指向電流I方向,再將四根手指握緊電線,
則彎曲的方向決定磁場B的方向, 資料圖片來源~維基百科
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%89%E5%9F%B9%E5%AE%9A%E5%BE%8B
圖↓

DC有刷馬達只要改變正負電流的輸入端,就可改變馬達轉動的方向,
相同電力條件下,影響馬達效能的,就是馬達的繞線,
繞圈數,材料,粗細,方式等,另外就是磁鐵的磁性強度及軸承等,
線圈繞在轉子上,定子在線圈外無直接接觸,
轉子銅線固定在轉軸上,轉軸一端由碳刷電刷接過電,
圖↓

轉速越高一般來說力矩越低,就像汽車低速爬坡檔有力但轉速慢,
而跑車高速轉但無法載重爬坡力低,

繞線越短電流通速度越快,馬達轉速越快,扭力越低,耗電越高,
試想將電池一條電線短路,會耗盡電池電力並電線發燙燒斷,

線圈越長電流越慢,轉速越慢,越省電,
繞線越粗電阻越低,通過電流越大,產生磁性就越強,轉速越快
在有限的繞線範圍內,要高轉速又要高扭力還要低耗電,
就要改善定子的磁力,及電刷和軸承等等條件,
圖↓

以下測試拆解普遍使用在玩具車的130馬達,
外觀尺寸都相同,內部和外觀顏色無關,
圖↓

先以18650電池4.3v測試啟動及空轉及堵轉電流,
就可明顯知道差異,
啟動瞬間電流大,空轉時最低,堵轉為受力致馬達停止,
圖↓

馬達透過計數設備,過48比齒輪盒測2葉片計數,
圖↓

各馬達測試電壓電流轉速完後拆殼比較
圖↓

 
電科同學可找翻課本資料公式,
課本是專人審核的,網路資料很多不正確,
圖↓

w=2Pi*RPM/60,
角速率=2*3.14*轉速/60秒

以及另一公式
T=P*E/w
轉矩=功率*效能/角速率

由於無法取得馬達效能及輸出功率,以下帶耗電瓦數計算,
則可簡化公式為
轉矩N.m=(電流A*電壓V)/(0.105*轉速RPM)

將各馬達測4.2v過48齒輪比時數據記錄並計算
G款=0.17A,0.7W,12000轉,0.00055N.m
D款=1A,4.2w,38400轉,0.00104N.m
W款=0.3A,1.26w,18000轉,0.00069N.m
B款=0.12A,0.5w,11000轉,0.00043N.m
Y款=0.02A,0.08w,2460轉,0.00031N.m

得轉矩單位N.m,可轉換成公制Kgf.cm,參考馬達廠的自動轉換程式
https://www.orientalmotor.com.tw/om/support_tool_tw/torque/

將得到的轉矩/耗電瓦數,計算出每瓦耗電的效率比較
G款=0.0008=繞線徑0.16mm,轉子16片,定子磁力強
D款=0.00025=繞線徑0.16mm,轉子10片,定子磁力弱
W款=0.00039=繞線徑0.16mm,轉子16片,定子磁力中
B款=0.00087=繞線徑0.10mm,轉子16片,定子磁力中
Y款=0.0039=繞線徑0.10mm,轉子16片,定子磁力強

可看出每瓦效能,繞線細長+強磁的效率是最高的,
一般來說售價也最高,
而繞線粗短是最快最耗電效率是最低的,
在應用上,若是要接太陽能板低耗能用,
則需選擇細長線的,低壓低流,
若是要逆向作發電的也是要選細長線的,
高壓低流低速,逆向達轉速時才發出低壓低流,
若是接電池不考慮耗電要快轉的可選粗短線,
要快轉又要載重車用就要粗長線,

影片↓

另篇相關參考
TT馬達測試器 轉速功率轉矩
https://ee543.blogspot.com/2019/12/tt.html
將原本的UNO單片機,改用Nano,
程式是一樣的,稍作修改,顯示在外接螢幕上,
i2c接腳SDA=A4,,SCL=A5,參考另篇螢幕轉接板,
https://ee543.blogspot.com/search?q=i2c
在程式介面要記得選擇到nano在能正常上傳,
圖↓

#include <SCoop.h>
bool BTS= false ;
bool BTL= false ;
int count = 0 ;

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h> //務必先安裝資料庫,SDA=A4,SCL=A5
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); //注意0x3F螢幕位址

void setup()
{
  pinMode( 2 , INPUT); //P2入光電計數器訊號
  Serial.begin(38400);
  mySCoop.start();
  pinMode( 7 , OUTPUT); //P7出高電繼電器控制

 lcd.begin(16, 2); //初始化16字元2行
  for(int i = 0; i < 2; i++) {//閃爍後亮背光
    lcd.backlight();
    delay(200);
    lcd.noBacklight();
    delay(200);
  }
  lcd.backlight();
  lcd.setCursor(0, 0); //第一行顯示
  lcd.print("0");
}

void loop()
{
  BTS = digitalRead(2) ;
  if (( ( BTS ) != (BTL ) ))
  {
    if (( (BTS ) == ( HIGH ) ))
    {
      count = (count + 1 ) ;
      Serial.print(count);
      Serial.println();
    }
  }
 BTL =BTS ;
  delay( 3 );
}

defineTaskLoop(scoopTask2)
{
  digitalWrite( 7 , LOW );
  delay( 3000 );
  digitalWrite( 7 , HIGH );
  delay( 60000 );
  digitalWrite( 7 , LOW );
  lcd.clear();
  lcd.print(count);
  delay( 7000 );
  lcd.noBacklight();
  delay(200);
  lcd.backlight();
  count = 0 ;
  lcd.clear();
  lcd.print("0");
}




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