¿Cómo difieren en tamaño dos motores de CC de la misma potencia pero para diferentes voltajes?

Supongamos que tengo dos motores de CC con escobillas, cada uno de 3000 RPM y 50 vatios. Uno está clasificado para 18 voltios y el otro para 36 voltios. ¿Cómo diferirán sus tamaños?

Supongo que debido a un voltaje más alto, el de 36 voltios requerirá dos veces menos corriente en los devanados y, por lo tanto, cuatro veces menos sección transversal para los cables del devanado, por lo que los devanados ocuparán notablemente menos espacio.

¿Qué otras diferencias de tamaño en estos motores y sus piezas (devanados y núcleos) debo esperar?

No hay forma de saberlo, porque depende completamente del par/corriente/propiedades magnéticas. Cualquiera puede ser mucho más pequeño o más grande debido a la trayectoria magnética. Los 'vatios' son una métrica bastante inútil con los motores.
@user26129: Bien, supongamos que están diseñados para el mismo par máximo y usan materiales de núcleo idénticos.
@sharptooth Todavía no es tan simple: a medida que cambian los parámetros de la bobina, también lo hará el peso de las bobinas. Si las bobinas están en el rotor y no en el estator (después de todo, menciona motores de CC con escobillas), esto cambia la inercia del rotor. Puedo pensar en algunos otros factores similares que agregan pequeños giros exasperantes al problema, por ejemplo, cambios en la forma y el tamaño del cepillo para hacer frente a un voltaje más alto en la ruptura del circuito. Sin embargo, es una pregunta interesante y estoy ansioso por ver si aparecen respuestas definitivas.
La respuesta simple es la cantidad de vueltas y los cambios en el grosor del cable para compensar el voltaje más alto, suponiendo que desee mantener la corriente igual... sin embargo, como el usuario 26129 y Anindo Ghosh afirman que muchos otros cambios cambian...
¡Encuentre un catálogo de piezas y algunos ejemplos!
@ pjc50: no estoy seguro de poder llegar a las conclusiones correctas porque realmente no puedo entender hasta qué punto los dos motores dados en un catálogo son diferentes; tal vez haya alguna diferencia de diseño que cause diferencias de tamaño, no solo el cambio de voltaje.
@user26129 "Los 'vatios' son una métrica bastante inútil con los motores". Estoy en total desacuerdo. La potencia de salida le da una muy buena idea del tamaño del motor que necesita.
@Eric Solo le dice algo sobre el consumo de energía, pero nada que necesite para el diseño de una aplicación. Para cualquier propósito de diseño, es inútil. Desea conocer las rpm, las velocidades específicas del torque, la corriente y posiblemente el recuento de polos si está realizando una retroalimentación sin sensores elegante. Para dar una idea de la inutilidad de los vatios: tengo un motor de 12V 10W tanto en mi teléfono como en mi impresora 3D. Una es una unidad de vibración que funciona muy por debajo del voltaje nominal, la otra es un motor paso a paso.
@ user26129 Bueno, obviamente necesitas saber otras cosas sobre la aplicación. Pero se podría decir lo mismo sobre la velocidad o el par. Tengo dos motores que funcionan a 2500 RPM, uno en un ventilador axial y el otro en un vibrador de concreto. Eso no significa que la velocidad sea inútil, solo significa que necesita más información que solo velocidad. Lo mismo con el poder.

Respuestas (1)

Si tiene un motor con voltaje V1 y desea tener el mismo rendimiento con un nuevo voltaje V2, entonces debe multiplicar el número de vueltas por V2/V1 y debe multiplicar su cable magnético CMA por V1/V2. Entonces, para pasar de 18 V a 36 voltios, duplicaría las vueltas en su motor y la mitad del CMA (área circular en mil) de su cable magnético (es decir, aumentaría el calibre del cable en 3).

Esa es una regla general. Cuando vaya a hacer las pruebas de clasificación reales para los 2 motores, verá algunas diferencias. Parte de esto se debe a que pasa más corriente por los motores de voltaje más bajo que por los motores de voltaje más alto. Parte de eso se debe al hecho de que los cables más grandes no se doblan tan fácilmente y no se colocan tan bien como los cables más pequeños. Por lo tanto, los fabricantes de motores pueden modificar la cantidad de vueltas o el tamaño del cable para obtener el rendimiento en los diferentes voltajes lo más cerca posible.

Duplicar el número de vueltas y reducir a la mitad el calibre del cable (o viceversa) termina brindándole aproximadamente el mismo relleno de ranura si usa la misma laminación. El cable más pequeño se empaquetará mejor que el cable más grande, por lo que el relleno efectivo de la ranura será más pequeño, pero en general, por lo general, es lo suficientemente cerca como para que un fabricante de motores use la misma laminación.

Aquí hay una pequeña explicación más de por qué cambia el número de vueltas y CMA del cable magnético. Está tratando de mantener igual la densidad de flujo en el circuito magnético de su motor. Si duplica el voltaje, entonces, según la resistencia de su bobina, su corriente se reducirá a la mitad. Si la corriente se reduce a la mitad, entonces necesita el doble de vueltas para obtener la misma densidad de flujo. Sin embargo, si duplica las vueltas, su resistencia aumenta, por lo que debe disminuir la CMA de su cable magnético a la mitad para que la resistencia (y, por lo tanto, la corriente) vuelva a donde estaba.

Suponiendo que CMA es una sección transversal, ¿por qué lo hago dos veces menos en lugar de cuatro veces menos?
Sí, CMA es un área circular en milésimas de pulgada, que es solo el área de la sección transversal del cable magnético. Está tratando de mantener igual la densidad de flujo en el circuito magnético de su motor. Si duplica el voltaje, entonces, según la resistencia de su bobina, su corriente se reducirá a la mitad. Si la corriente se reduce a la mitad, entonces necesita el doble de vueltas para obtener la misma densidad de flujo. Sin embargo, si duplica las vueltas, su resistencia aumenta, por lo que debe disminuir el CMA de su cable magnético para que la resistencia (y, por lo tanto, la corriente) vuelva a donde estaba.
Ya lo veo. Esto es muy importante y mucho en absoluto obvio. ¿Podría incluir estos razonamientos de diseño en la respuesta?
He editado la respuesta.
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