Skip to content
RFrftools.io
Motor

BLDC 효율성 분석기

모든 작동 지점에서 BLDC 모터 효율을 분석할 수 있습니다.구리, 철 및 기계적 손실을 제거합니다.최고 효율을 위한 최적의 전류 및 RPM을 찾습니다.

Loading calculator...

공식

η=PoutPin,PCu=I2R,Iopt=I0⋅Istall\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}}, \quad P_{Cu} = I^2 R, \quad I_{opt} = \sqrt{I_0 \cdot I_{stall}}

참고: Hanselman, D. — Brushless Permanent Magnet Motor Design

η— Motor efficiency (%)
P_Cu— Copper (I²R) losses (W)
P_Fe— Iron (core) losses (W)
I_opt— Current for peak efficiency (A)

작동 방식

이 계산기는 BLDC 모터 손실을 구리, 철 및 기계 부품으로 나누어 작동 범위 전반의 효율성을 결정합니다.드론 설계자, EV 엔지니어 및 로봇 개발자는 이를 사용하여 최대 비행 시간 또는 최소 열 스트레스에 대한 최적의 전류를 찾습니다.

총 모터 손실에는 세 가지 요소가 있습니다.구리 손실 $P_ {Cu} = I^2 R_ {phase}\ times}\ times n_ {phase} $는 고전류에서 우세하며 2차적으로 증가합니다.철 손실은 스타인메츠 방정식을 따릅니다. PFe=khfB alpha+kef2B2P_ {Fe} = k_h f B^ {\ alpha} + k_e f^2 B^2이며, 500Hz 이하에서는 히스테리시스 손실 (khk_h 용어) 이 우세하고 위의 경우 와전류 손실 (kek_e 항) 이 우세합니다.일반적인 실리콘 스틸 라미네이션의 경우  alpha 약1.6\ alpha\ 약 1.6이고 철 손실은 RPM$^ {1.5} $에 거의 비례합니다.베어링 마찰과 풍력으로 인한 기계적 손실 $P_ {mech} $는 주어진 속도에서 거의 일정합니다.

효율 곡선 $\ eta = P_ {out}/(P_ {out} + P_ {Cu} + P_ {Fe} + P_ {mech}) $는 특정 전류에서 최고조에 달합니다.크리슈난 (2010) 에 따르면 최대 효율을 위한 최적의 전류는 $I_ {opt} =\ sqrt {P_0/R} $입니다. 여기서 $P_0 = P_ {Fe} + P_ {mech} $는 속도에 따른 무부하 손실이고 RR는 위상 저항입니다.이는 구리 손실이 철과 기계적 손실의 합계, 즉 등손실 원리와 같을 때 발생합니다.

작동 전압에서 측정된 무부하 전류 I0I_0는 P0 약V 곱하기I0P_0\ 약 V\ 곱하기 I_0가 됩니다 (무부하 시 구리 손실은 무시할 수 있기 때문).이 단일 측정은 전체 효율 모델을 기반으로 합니다.IEC 60034-2-1에 따르면 소형 모터에 선호되는 방법은 무부하 및 로터 잠금 테스트에서 손실을 분리하는 것입니다.

계산 예제

마우스 오버 시 4S LiPo에서 2806.5 드론 모터 (Kv=1300) 를 분석하는 중입니다.사양: 14.8V에서 $R_ {phase} $ = 0.065옴 (wye), I0I_0 = 1.8A, 호버 스로틀은 8.5A를 소모합니다.

1단계 -- 무부하 손실 결정: P0P_0 = V timesI0V\ times I_0 = 14.8 x 1.8 = 26.6W 여기에는 철 손실+베어링 마찰+작동 속도에서의 풍력이 포함됩니다.

2단계 -- 호버 시 구리 손실 계산: 위상 전류 (와이, 사다리꼴 드라이브): $I_ {phase} $ = 8.5A $P_ {Cu} $ = $3\ times I_ {페이즈} ^2\ times R_ {페이즈} $ = 3 x 8.52^2 x 0.065 = 14.1W 참고: 동시에 진행되는 3단계 사용 (단순화된 6단계 모델)

3단계 -- 전체 손실 및 효율성: $P_ {손실} $ = $P_0 + P_ {Cu} $ = 26.6 + 14.1 = 40.7W $P_ {in} $ = 14.8 x 8.5 = 125.8W $P_ {out} $ = 125.8 - 40.7 = 85.1W  eta\ eta = 85.1/ 125.8 = 67.6%

4단계 -- 최고 효율 전류 찾기: $I_ {opt} $ = $\ sqrt {P_0/R_ {total}} $ 여기서 $R_ {total} $ = 3 x 0.065 = 0.195 옴 $I_ {opt} $ = $\ sqrt {26.6/ 0.195} $ = 11.7 A $I_ {opt} $: $P_ {Cu} $ = 11.72^2 x 0.195 = 26.7 W  prox\ prox P0P_0 (동일 손실 포인트) $P_ {in} $ = 14.8 x 11.7 = 173.2 W, $P_ {out} $ = 173.2 - 53.3 = 119.9W $\ eta_ {max} $ = 119.9/ 173.2 = 69.2%

결과: 11.7A에서 최고 효율은 69.2% 입니다. 8.5A 호버링 시 모터는 67.6% 로 작동하여 최적에 가깝습니다.경부하 시 무부하 손실 (26.6W) 이 우세하므로 이 모터는 5A 미만의 용도에 적합합니다.

실용적인 팁

  • ✓실제 작동 전압 및 RPM에서 무부하 전류를 측정합니다. 철 손실은 주파수에 따라 측정되기 때문에 I0은 속도에 따라 크게 달라집니다. 스로틀 50% 에서의 측정으로는 100% 스로틀 시 손실을 예측할 수 없습니다.
  • ✓저온 상태가 아닌 작동 온도에서의 위상 저항 측정: 구리 저항은 섭씨 1도당 0.393% 증가하므로 100C의 모터는 25C보다 저항이 30% 더 높습니다. $R_ {hot} = R_ {25}\ 회 사용 (1 + 0.00393\ 회 (T - 25)) $
  • ✓최대 효율 전류의 20-80% 사이에서 모터를 작동시키세요. 즉, 20% 미만에서는 무부하 손실이 우세하고 (효율이 급격히 떨어짐) 80% 이상에서는 구리 손실이 2차적으로 증가하여 배터리 에너지를 낭비합니다.

흔한 실수

  • ✗비행 후 모터가 뜨거워진 상태에서 권선 저항을 측정하고 기준선으로 사용: 80°C에서의 위상 저항은 25°C보다 22% 높아 효율 계산 시 구리 손실이 과대평가됩니다. 항상 온도를 저항과 함께 기록합니다.
  • ✗모든 전기 손실이 I-제곱-R이라고 가정하여 철 손실을 무시합니다. 20,000RPM 이상의 고kV 모터에서 철 손실은 중간 전류에서 구리 손실을 초과할 수 있습니다. Steinmetz 와전류 항은 주파수 제곱으로 확장되므로 고속에서 지배적인 손실 메커니즘이 됩니다.
  • ✗모터가 계속 작동할 것으로 예상하여 실속 전류 근처에서 계속 작동: 정지 시 입력 전력의 100% 가 권선에서 열로 전환되고 기계적 출력이 0입니다. 정지 상태에서는 5초라도 권선 절연 온도 등급을 초과하여 회전자 자석이 영구적으로 소자될 수 있습니다.

자주 묻는 질문

낮은 부하에서는 철 손실과 기계적 마찰 (둘 다 주어진 속도에서 거의 일정함) 이 전체 손실을 지배하지만 출력은 작습니다.예를 들어 경부하 시 무부하 손실이 25W이고 구리 손실이 2W인 모터의 경우 기계식 출력은 10W에 불과하므로 효율은 10/ (10+27) = 27% 입니다.등손실 원리는 구리 손실이 속도에 따른 손실과 같을 때 효율이 최고조에 달하며, 이 경우 최소 부하 전류가 필요합니다.
전기적 방법 사용: 작동 전압에서 무부하 전류 $I_0$를 측정하여 $P_0 = V\ 곱하기 I_0$를 구한 다음 밀리옴 미터로 냉간 권선 저항 $R$를 측정합니다.모든 전류에서의 효율은 약 $\ eta = 1 - (P_0 + I^2 R_ {total})/(V\ 곱하기 I) $입니다.IEC 60034-2-1에 따른 이 분리 손실 방식은 소형 BLDC 모터의 경우 정확도가 2-3% 이내로 정확하며 멀티미터와 전력계만 있으면 됩니다.
드론 아웃러너 모터는 일반적으로 75~ 88% 의 피크 효율을 달성하며, 스위트 스팟은 최대 전류의 30~ 50% 입니다.호버링 시 (보통 40-60% 스로틀) 효율은 70-85% 입니다.크기가 크고 kV가 낮은 모터는 두꺼운 와이어 (낮은 저항) 를 사용하고 더 낮은 전기 주파수 (낮은 철 손실) 에서 작동하기 때문에 일반적으로 효율이 높습니다.대형 리프트 드론용 5010 사이즈 모터는 소형 2205 레이싱 모터의 경우 78% 에 비해 88% 까지 도달할 수 있습니다.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

NEMA 17 Stepper Motor

NEMA 17 bipolar stepper motors for precision motion control

Amazon →

Stepper Motor Driver (A4988)

A4988 stepper driver modules for microstepping control

Amazon →

DC Motor with Encoder

12 V DC motors with encoders for closed-loop drive applications

Amazon →

관련 계산기

Motor

BLDC 모터

BLDC 모터 계산기: Kv 정격 및 전압을 입력하여 무부하 RPM, 스톨 토크, 최대 효율 포인트 및 프로펠러 추력을 얻을 수 있습니다.드론, RC 및 산업용 권선 계산을 지원합니다.

Motor

BLDC 와인딩

BLDC 모터 권선 파라미터 (코일당 회전 수, 와이어 게이지, 충전 계수, 권선 계수 및 위상 저항) 를 계산합니다.델타 및 와이 구성을 위한 시각적 와인딩 구성도.

Motor

BLDC 써멀

BLDC 모터 권선 온도, 열 마진, 감소 전류 및 열 제한 시간을 계산합니다.절연 등급 B, F, H를 지원합니다.

Motor

모터 효율성

전기 입력 및 기계 출력 측정에서 모터 효율, 전력 손실 및 열 손실을 계산합니다.