BLDC 열 경감 계산기

이 계산기는 열 저항 네트워크를 사용하여 BLDC 모터온도 상승을 모델링하여 권선 온도가 절연 등급 한계 내에 있는지 확인합니다.모터 설계자, 드론 제작자 및 산업 통합업체는 이를 사용하여 연속 전류 등급과 운영 환경에 필요한 냉각 요구 사항을 결정합니다.

정상 상태 열 모델은 전기적 비유를 따릅니다. 열 저항 (C/W) 을 통한 열 흐름 (와트) 은 온도 차이 (C) 를 생성합니다.Mellor의 열 모델 (IEE Proc. 1991) 에 따르면 기본 경로는 권선 -> 스테이터 아이언 -> 케이스 -> 앰비언트 ($T_{winding} = T_{ambient} + P_{total} \times (R_{\theta,wc} + R_{\theta,ca})$) 이며, 여기서 $R_{\theta,wc}$ 은 케이스 대 케이스, $R_{\theta,ca}$ 은 케이스 대 주변 열 저항입니다.

절연 등급은 IEC 60085에 따른 최대 허용 권선 온도 (클래스 B (130C), 클래스 F (155C) 및 클래스 H (180C) 를 정의합니다.대부분의 취미 BLDC 모터는 클래스 B 또는 F 에나멜 와이어를 사용합니다.Arrhenius 규칙에 따라 정격을 10C 초과하면 절연 수명이 절반으로 줄어듭니다. 열 마진은 선택 사항이 아닙니다.

구리 저항은 온도에 따라 증가합니다: $R(T) = R_{25} \times (1 + \alpha (T - 25))$, 여기서 구리의 경우 $\alpha = 0.00393$ /C. 이로 인해 양의 열 피드백이 생깁니다. 권선이 뜨거울수록 저항이 높아져 $I^2R$ 손실이 커져 온도가 더 상승합니다. 평형 온도는 반복 계산으로 구하거나 닫힌 형식 $T_{eq} = T_{amb} + I^2 R(T_{amb}) \times R_{\theta,total} / (1 - \alpha \times I^2 R_{25} \times R_{\theta,total})$ 으로 구합니다 (maxon). 이 계산기는 $I$ 를 공급 전류, $R_{25}$ 를 25C에서 두 리드선 사이에서 측정한 단자 간 저항 (블록 정류에서 이 전류가 흐르는 저항) 으로 하여 이 닫힌 형식을 사용합니다. $\alpha \times I^2 R_{25} \times R_{\theta,total} \geq 1$ 이면 평형이 존재하지 않으며 (열 폭주), 계산기는 값을 표시하지 않습니다.

1차 열 시간 상수 $\tau = R_{\theta} \times C_{th}$ (여기서 $C_{th}$ 은 J/C 단위의 열 커패시턴스) 에 따라 모터가 가열되는 속도가 결정됩니다.소형 드론 모터 ($\tau$ = 10-30초) 는 30초 이내에 최종 온도의 63% 에 도달합니다.즉, 버스트 전류 등급은 $\tau$ 미만의 기간에만 안전합니다.