12-V- oder 24-V-Gleichstrommotor? Untersuchung der Auswirkungen der Spannung auf die Motorleistung?

Wie hoch ist die Spannung eines Gleichstrommotors?

Wie vergleicht man einen 12-V- mit einem 24-V-Gleichstrommotor? Zunächst muss man wissen, dass sich die Motorspannung auf die Potenzialdifferenz der Eingangsspannung bezieht. Sie wird auch als Betriebsspannung oder Versorgungsspannung bezeichnet. Innerhalb des Nennspannungsbereichs des Motors ist die Spannung der Hauptfaktor, der den Rotor des Elektromotors zum Drehen bringt.

Die Nennspannung eines Motors entspricht im Allgemeinen dem bei der Konstruktion des Motors festgelegten Versorgungsspannungsbereich. Innerhalb dieses Spannungsbereichs kann der Motor normal arbeiten und die Nennleistung abgeben. Wird der Nennspannungsbereich überschritten, wird der Motor überlastet. Längerer Überlastbetrieb führt zu einer Überhitzung des Motors und einer Beschädigung der Spule im Motor.

Nennspannung des Gleichstrommotors

Spannungsdesign: DONCEN berechnet den Nennspannungsbereich bei der Konstruktion GleichstrommotorenBei der Auslegung der Nennspannung müssen die Nennleistung des Motors, die Nenndrehzahl und die Wärmebeständigkeit des Lackdrahtes berücksichtigt werden. Gleichzeitig sollte bei der Auslegung auch die kurzfristige Überlastung berücksichtigt werden.

Spannungsbereichstest: Entsprechend den Konstruktionsparametern des Motors kann der Belastungstest des Motors dabei helfen, den Nennspannungsbereich des Motors zu bestätigen.

12-V- oder 24-V-Gleichstrommotor? Welchen Einfluss hat die Spannung auf die Motorleistung?

Grundannahmen

• Nennstrom bei 12 V: 1A
• Nenndrehmoment bei 12 V: 2 mN·m
• Nenndrehzahl bei 12 V: 3000 U/min
• Spannung bei 12V: 12 V

Die Geschwindigkeit ist proportional zur Spannung:

$$
N \propto V
$$
Daher:
$$
N_{24V} = 2 \times N_{12V}
$$

Das Drehmoment ist proportional zum Strom:

$$
T \propto I
$$
Da die Belastung unverändert bleibt:
$$
I_{24V} = I_{12V}
$$

Leistungsberechnung:

$$
P = T \times \omega
$$
Wo:
$$
\omega = \frac{2\pi N}{60}
$$

---

Berechnete Parameter

Berechnung der Nennleistung

Bei 12V:

$$
P_{12V} = 0,002 \times \frac{2\pi \times 3000}{60}
$$
$$
P_{12V} = 0,002 \times 314,16 = 0,628W
$$

Bei 24V:

$$
P_{24V} = 0,002 \times \frac{2\pi \times 6000}{60}
$$
$$
P_{24V} = 0,002 \times 628,32 = 2,512W
$$

Daher, Die Leistung verdoppelt sich bei steigender Spannung aus 12 V bis 24 V.

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Abschließende Vergleichstabelle

Parameter	12 V	24 V	Ändern
Nennspannung	12 V	24 V	2×
Nenndrehzahl	3000 U/min	6000 U/min	2×
Nennstrom	1A	1A	Keine Änderung
Nenndrehmoment	2 mN·m	2 mN·m	Keine Änderung
Nennleistung	0,628 W	2,512 W	4×

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Schlussfolgerungen

• Nenndrehzahl verdoppelt wenn die Spannung steigt.
• Nennstrom bleibt gleich bei gleicher Drehmomentbelastung.
• Nenndrehmoment bleibt unverändert weil es vom Strom abhängt.
• Nennleistung verdoppelt wenn die Geschwindigkeit zunimmt, während das Drehmoment konstant bleibt.

Schlüsselgleichungen

$$
N_{24V} = 2 \times N_{12V}
$$

$$
P_{24V} = 2 \times P_{12V}
$$

$$
T_{24V} = T_{12V}
$$

$$
I_{24V} = I_{12V}
$$

PG36555 24 V vs. 12 V Testbericht

Die üblicherweise verwendete Spannung von Mikro-Gleichstrommotoren beträgt im Allgemeinen 12 V oder 24 V. Daher wählen wir diese beiden Parameter als Spannungsvergleich.

Wir wählen PG36555 24 V Nenndrehzahl 6000 U/min Übersetzungsverhältnis 1:50,9 K Motor als Beispiel. Wir werden einen Motortest unter 12 V und 24 V für denselben Motor durchführen.

Hier sind die Ergebnisse:

PG36555-Motor: Analyse der tatsächlichen und theoretischen Leistung

Die Testdaten der PG36555-Motor bei 12 V und 24 V zeigen einige Abweichungen von den theoretischen Erwartungen. Hier ist ein einfache Aufschlüsselung der Unterschiede und der Gründe dafür.

Parameter	12 V (gemessen)	24 V (gemessen)
Spannung (V)	12 V	24 V
Geschwindigkeit (U/min)	45.4	103.5
Stromstärke (A)	0,72 A	0,858 A
Leistung (W)	2,855 W	9,751 Watt
Drehmoment (Nm)	0,6 Nm	0,9 Nm

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1. Geschwindigkeitsskalierung (etwas höher als erwartet)

• Theorie: Die Geschwindigkeit sollte doppelt mit Spannung →

$$
N_{24V} = 2 \times N_{12V}
$$

• Tatsächlich: Geschwindigkeit erhöht 2,28× statt 2×

🔹 Warum?
✅ Reduziertes Lastdrehmoment ermöglicht etwas höhere Geschwindigkeit.
✅ Geringerer Ankerwiderstandsabfall bei 24 V.

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2. Leistungsskalierung (niedriger als erwartet)

• Theorie: Die Macht sollte Erhöhung 4× →

$$
P_{24V} = 4 \times P_{12V}
$$

• Tatsächlich: Leistung erhöht 3,42× statt 4×

🔹 Warum?
⚠️ Erhöht Eisenverluste (Wirbelströme und Hysterese) bei höherer Geschwindigkeit.
⚠️ Höher Luftwiderstands- und Reibungsverluste im Motor und Getriebe.

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3. Aktuelle Skalierung (etwas höher als erwartet)

• Theorie: Strom sollte gleich bleiben →

$$
I_{24V} = I_{12V}
$$

• Tatsächlich: Strom erhöht 1,19× statt 1×

🔹 Warum?
⚠️ Mehr Kernverluste bei 24 V benötigen zusätzlichen Strom.
⚠️ Zusätzlich Reibung und Luftwiderstand im System.

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4. Drehmomentskalierung (höher als erwartet)

• Theorie: Das Drehmoment sollte gleich bleiben →

$$
T_{24V} = T_{12V}
$$

• Tatsächlich: Drehmoment erhöht 1,5× statt 1×

🔹 Warum?
✅ Höhere Effizienz bei 24V bedeutet bessere Leistungs-Drehmoment-Umwandlung.
✅ Nichtlineares Lastverhalten kann erfordern mehr Drehmoment bei höherer Geschwindigkeit.

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5. Effizienzsteigerung bei 24V

Stromspannung	Motoreffizienz
12 V	33%
24 V	47%

🔹 Warum?
✅ Weniger Kupferverlust im Verhältnis zur Gesamtleistung bei 24V.
✅ Besser Drehmoment-Strom-Verhältnis.
⚠️ Aber Eisenverluste nehmen zu, was die Effizienzgewinne einschränkt.

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Fazit: Warum weichen die tatsächlichen Daten ab?

Erwartung	Echte Daten	Warum der Unterschied?
Geschwindigkeit 2×2×2×	2,28×	Reduziertes Lastdrehmoment, geringerer IRIRIR-Abfall.
Leistung 4×4×4×	3,42×	Eisen, Reibung, Luftwiderstandsverluste.
Aktuell 1×1×1×	1,19×	Zusätzliche Kernverluste.
Drehmoment 1×1×1×	1,5-fach	Besserer Wirkungsgrad, Lastwechsel möglich.

Letzter Takeaway:

• 24V-Betrieb ist effizienter Aber reale Verluste reduzieren die erwarteten Gewinne.
• Geschwindigkeit und Drehmoment sind besser als erwartet, Aber Leistung und Strom werden durch Verluste begrenzt.

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