Alta corrente é coisa ruim de se lidar

Concordo que alta corrente é uma coisa muito ruim de se lidar.

Mas não existe outro jeito de se aumentar o torque de um pequeno motor se não for com o aumento de corrente em baixa rotação.

Mas este é o torque de partida, não é o torque para velocidades constantes/cruzeiro.

O motor precisa ter este torque inicial que é pra poder deslocar o veículo da inércia em baixa rotação.

A força que conseguimos com esta disposição nos permite usar a tração direta nas rodas, sem o uso da caixa de marchas.

O rebaixamento da tensão nominal não é que devemos operar na tensão baixa. Pelo contrario, devemos operar em tensão alta pra diminuir a corrente como você falou.

Então a idéia é subir a tensão/rotação rapidamente e alcançar logo uma alta rotação e consequentemente uma alta tensão e baixa corrente de operação.

Mas o veículo tem estas duas características infelizmente.

Precisamos de torque em baixa rotação e torque em alta rotação.

Não se consegue fazer isso se não abaixarmos a tensão nominal do motor e se não colocarmos tensão alta nele.

Isso não vai queimar porque ao mesmo tempo que elevamos a tensão, elevamos também a frequência do campo girante (rotação).

Essa é que é a sacada dos grandes fabricantes.

Alta tensão 300v e alta rotação. 14000rpm.

Só que vamos pensar um pouquinho na nossa realidade.

Não temos controladores que operam em alta tensão no mercado. Na verdade não temos controlador nenhum.

O que temos até agora são os controladores Curtis AC que possuem uma tensão de trabalho de até 96v / 550A.

Estes nós conseguimos importar de 2a mão por U$ 800,00.

Então como eu falei, precisamos saber qual o controlador que iremos usar.

Eu vou adotar o Curtis 96v / 550v por enquanto.

Temos a tensão de trabalho de 96v. 8 baterias em série = 96v ( a corrente vamos calcular mais tarde )

Se rebobinarmos um mit pra 96v ele terá um aumento de corrente nominal na seguinte proporção.

220v / 96v = 2,29 => 2

A corrente nominal de um 10hp trifásico comum = 25A

Na nova proporção teríamos um motor de 96v e 25 x 2 = 50A

O emotor agora é 96v 50A nominal e frequência de 60Hz.

Atente para o detalhe da frequência de trabalho que continua a mesma do motor original 60Hz.

Então aquele torque que iríamos conseguir na rotação nominal que o fabricante diz que tem em 60Hz, podemos conseguir mais cedo, com menos rotação.

No motor de 10hp original o torque nominal consome 25A.

No emotor se injetarmos 25A ele tará o mesmo torque original. Só que ele consome 25A em 30Hz. Porque em 60Hz ele vai consumir 50A.

Eu não estou interessado em aumentar o consumo do motor. Eu estou interessado em fazer o motor atingir o torque original mais cedo, com menos rotação.

Por isso a ideia de torque em baixa rotação. Mas não estamos criando torque extra com aumento de corrente.

Pra se aumentar efetivamente o torque temos que aumentar a massa do rotor e do campo do estator. E não é isso que queremos.

Queremos usar um motor pequeno e fazer o torque dele acontecer mais cedo, com menos rotação.

Agora vamos ver o que os gringos fazem com os seus motores enrolados na garagem:

Usam o mesmo controlador Curtis de 96v / 550A.

E rebobinam pra ficar entre 15v e 30v.

Vamos ver o que acontece com este motor agora:

220v / 30v = 7,33 => 7

Corrente 25A x 7 = 175A

O torque original é conseguido em 60Hz / 7 = 8,5Hz 

Comparando as rotações motor 4 pólos:  rpm = (120 x f ) / P

Original  = rpm = (120 x 60Hz)/4polos = 1800 rpm (rotação nominal)

emotor (96v) = (120 x 30) / 4 = 900 rpm

emotor (30v) = (120 x 8) / 4 = 240 rpm (Nova Rotação Nominal)

Então eu vou conseguir o torque original agora em 240 rpm nominal, bem menos do que 1800 rpm.

Eu não criei torque nenhum, mas pra fazer isso tive que aumentar a capacidade de corrente do motor.

Só que um motor rodando em 240 rpm nominal não serve pra muita coisa não é mesmo?

Mas não se esqueça que este emotor agora tem força pra ser conectado direto no eixo cardãn.

E 240rpm vezes o diâmetro do pneu (xxx) dá pra alcançar uma velocidade em torno de (xxx)

Então agora vamos usar o método de controle que os bons controladores tem: IFO vector

The Curtis IFO flux vector algorithm generates maximum torque and optimal efficiency across the entire speed range

Este método de controle, que os inversores modernos também tem, é o pulo do gato.

Este método vai permitir aumentar a rotação ao mesmo tempo que aumenta a tensão de trabalho, mantendo o mesmo torque original.

E qual vai ser o limite da rotação?

O limite é a tensão de trabalho do controlador.

96v no nosso controlador exemplo.

Podemos então elevar a rotação nominal até o limite de frequência do controlador que é 300Hz

Então a rotação poderia ser elevada em teoria até ( 120 x 300 ) = 4 => 9000rpm

Mas o torque constante só se manterá até o limite da tensão de trabalho do controlador que é de 96v.

O torque se manteria constante até ( 96v / 30v = 3,2 => 3). 240rpm x 3 = 720rpm. 

A partir deste ponto o torque começa a cair, apesar de ainda poder aumentar a rotação final do motor com cada vez menos potência.

Preste atenção agora a corrente de consumo do motor neste instante. Ela não é mais 175A, pois não estamos trabalhando em 30v ela diminuiu na mesma proporção do aumento da tensão. 175 / 3 = 58A. Esta seria a corrente em velocidade constante.

Agora, imagina se pudéssemos aumentar a tensão de trabalho pra 300v.

300v / 30v = 10. 240 x 10 = 2400rpm.

A interpretação deste valor é a seguinte. Até esta rotação temos torque constante, isto quer dizer que a potência do motor está subindo com o aumento da rotação. A rotação nominal do emotor é 240rpm.

Num motor de 10hp comum temos um conjugado de 4,09kgfm em 1755rpm. O que nos da uma potência conforme o fabricante de:

               C(kgfm) * N(rpm)                              4,09 * 1755
P(kw) = --------------------- =>  P(kw) = ---------------------- = 7,4 kw
                            974                                             974

Como não estamos criando energia do nada, temos que calcular o torque para a nova rotação sem alterar a potência nominal do motor. Que é de 7,4kw. O valor do torque na rotação de 240rpm é = 30.031kgfm. Parece alto, mas a potência final é a mesma do original 7,5kw.

           C(kgfm) * N(rpm)                              30.031 * 240
P(kw) = --------------------- =>  P(kw) = ---------------------- = 7,4 kw
                            974                                             974

Eu fiz este cálculo pra mostrar que com o torque constante e a rotação subindo 10x. A potência vai subir 10x também.

Então com a rotação de 2400rpm nosso emotor atingiria a potência de 74kw e corrente iria pra 175 / 10 = 17,5A.

E esse aumento de potência se deve por sobretensão.

Quando o emotor chegar em 2400rpm a potência estaria em 74kw. Apesar da potência começar a cair, ainda podemos continuar aumentando a rotação até 9000rpm. 

Calcule a velocidade final usando um câmbio manual através deste link:

speed-rpm-calculator

Então a dirigibilidade do veículo ficaria assim:

Velocidade final constante alta se daria pela sobretensão.

E eventuais picos de torque, se daria pela sobrecorrente.

 (Um sonho possível dependendo do controlador / inversor disponível)