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标题: 设计计算：直流电机过载运行 [打印本页]

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-7 16:55
标题: 设计计算：直流电机过载运行
本帖最后由尘世天涯于 2016-1-7 17:20 编辑

前段时间拿到一个任务，这里将解决问题的过程贴出来，希望大家一起讨论，如果有错误的地方，也恳请指正：
一个自行设计的传送带，满负载的时候，电机转不起来

(, 下载次数: 167)

如上面图片所示，负载为叠在一起的料盘，十盘料，总重量150kg。通过一个直流减速电机+T形减速机的形式提供动力（灰色带尾巴的是电机，白色是自带减速机，蓝色透明部分为T形减速机），动力传递到同步带轮上，通过张紧的同步带来拖动料盘运行.

问题具体表现为：放5盘料的时候，传送带可以正常运行，放10盘料时，电机无法转动，手推后，一松手电机就会停止
需要特别说明的是：这个结构本身没有问题，已经在其他设备上经过了验证，这次要求做本地化，因此更换了电机的驱动器，这是唯一的变化

下面说一下我分析问题的思路

电机带负载启动时，皮带提供的动力是皮带与料盘之间的摩擦力，其最大值可以根据最大静摩擦来计算
当电机稳定运行时，动力与阻力平衡。动力仍为皮带与料盘间的摩擦力，其大小由阻力决定。阻力为料盘与支撑不锈钢板之间的摩擦力

求电机启动电流
1. 求料盘与皮带的最大静摩擦F1=W*g*µ=882N（µ取0.6）
2. 求同步带轮输入扭矩T= F1*D/2 =2667.2N.cm（D为同步带轮直径,60.48mm）
3. 求电机输出扭矩T1= T/i=53.344 N.cm i=50,为总减速比，包括T形减速机和自带减速机

根据以上第三步得到的扭矩，查询电机的扭矩电流曲线，得知，启动电流为9A

求电机运行电流
1. 求料盒与不锈钢板的最大静摩擦F1’ = W*g*µ1 = 588N （µ1取0.4）
2.求同步带轮输入扭矩T’ = F1’* D/2 = 17781N.mm = 1778.1 N.cm
3.求电机输出扭矩T1’= T’/i = 35.562N.cm

根据第三步得到的扭矩，查询电机的扭矩电流曲线，得知，运行电流为6A

驱动器可以提供的最高电流为5A，至此原因找到，驱动器无法提供足够的启动电流，甚至无法提供电机正常运行的电流，因此才表现为带负载无法启动，手推，松手后仍无法运行

到这里似乎问题可以画个句号结束了，只需买一个更大的驱动器即可。
但是又有了新的问题，由电机参数可知，电机运行额定电流为2.9A，因此电机在启动和运行过程中，始终在过载运行，那么问题来了，过载运行应该有个时间限制，否则电机肯定会由于来不及散热而烧毁

这个过载运行带来了两个问题

1. 电机的单次运行时间是否超过最大允许工作时间
2. 电机长期运行是否满足要求

关于第一个问题，咨询了供应商，他们提供了电机的热时间常数（35分钟）和简易计算公式，如下图

(, 下载次数: 166)

由公式计算得到，该工况下的过载周期为8.2分钟，而电机的单次运行时间可以根据皮带长度和电机额定转速计算得到，仅为3.45秒，远远小于过载周期。因此电机单次运行满足要求

关于第二个问题，则需要计算电机运行的均方根扭矩，将这个值与电机额定扭矩做比较，该应用中，由于电机运行节拍非常长，为36分钟，也就是说，电机运行3.45秒以后，再过36分钟才需要再次运行。因此计算的到的均方根扭矩也非常小，因此电机可以满足长期运行要求

但由于极端情况下，电机仍有烧毁的风险，因此要求电气部门在电机驱动器内部设置了电流限制，并在PLC软件设置了电机最大运行时间限制

至此，整个问题才有了一个完结

以上，是我此次解决问题的一个思路，贴上来，希望能跟大家交流一下，如果能得到各位大侠的点评，自然是更好。先谢过！

最后附上电机的参数

尝试了几次图片都无法上传，抱歉，只能提供链接如下：电机型号为GR53*58,24伏供电。有兴趣的朋友自行下载

http://www.dunkermotoren.com/default.asp?id=9&mid=8&lang=6

作者: fwsc 时间: 2016-1-7 18:21
你也喜欢用德恩科的小型电机啊

作者: pengzhiping 时间: 2016-1-7 19:20
有没有计算启动惯量够不够？按照你这样算的话只是计算正常运转的扭矩！

作者: xudingjia820 时间: 2016-1-7 19:21
学习，谢谢分享！

作者: 零件工程师 时间: 2016-1-7 20:54
小弟请教两个问题
1.I_N和I是什么？
2.启动和运行时的电机输出力矩都要大于电机的额定转矩17N.cm，此时是否应该换了转矩大的电机？

谢谢！

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-8 09:35

fwsc 发表于 2016-1-7 18:21
你也喜欢用德恩科的小型电机啊

大侠你好，这个应用比较特殊，因为空间比较小才选了这个电机的。我们使用的不是很多，通常都是用普通交流电机拖动的。

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-8 10:02

pengzhiping 发表于 2016-1-7 19:20
有没有计算启动惯量够不够？按照你这样算的话只是计算正常运转的扭矩！

大侠，你提醒了我

计算里面应该是漏掉了传动部分的飞轮矩，但是负载转换而来的飞轮矩不应该再次考虑，因为已经以附加外力的形式参与了计算

不知大侠认为如何？

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-8 10:06

零件工程师发表于 2016-1-7 20:54
小弟请教两个问题
1.I_N和I是什么？
2.启动和运行时的电机输出力矩都要大于电机的额定转矩17N.cm，此时是 ...

大侠你好，

这个公式是供应商提供的，用来计算最大工作时间的。其中IN是电机额定电流，I是电机实际电流，计算得到duty cycle，然后拿这个值参与计算最大工作时间

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-8 10:09

零件工程师发表于 2016-1-7 20:54
小弟请教两个问题
1.I_N和I是什么？
2.启动和运行时的电机输出力矩都要大于电机的额定转矩17N.cm，此时是 ...

之所以没有更换更大电机也是从经济性和实用性考虑。因为没有必要为了短期的使用而购买一个很大的电机，这会是巨大的浪费。当然这样做的前提是，电机是允许过载运行的。

作者: 水煮D白菜 时间: 2016-1-8 10:36
学习，谢谢分享！

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-8 10:40
肯请各位大侠能给与指点和点评，在此谢过

@害怕伏枥
@zerowing
@逍遥处士
@祥云飞鱼

作者: shaopeng760528 时间: 2016-1-8 10:50
超爱此网站

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-8 12:15
感谢鹰大推荐+精华

也请各位大侠能帮忙做个点评，先谢过了。如果能够从中帮忙找找错误和疏漏的地方，更是不胜感激。

作者: 谭荣兵 时间: 2016-1-8 13:34
学习了，以后我也要发这样的牛贴

作者: huzejun163 时间: 2016-1-8 16:39
学习到了。

作者: fwsc 时间: 2016-1-8 17:33
(, 下载次数: 96)

作者: stoplonely 时间: 2016-1-8 21:53
留名学习，看大侠们论道。

作者: 好学很好学 时间: 2016-1-8 22:31
正好想补一下电机方面的知识，谢谢分享

作者: 学武书生 时间: 2016-1-9 09:18
留名，等待牛人出现

作者: 逍遥处士 时间: 2016-1-9 11:52
本帖最后由逍遥处士于 2016-1-9 11:53 编辑

选电机没做过这么详细的设计。

曾用过400W的伺服电机。根据计算结果，200多W就足够，但一询价，400W的反而便宜又有现货，干脆都用400W的了。

作者: 99999 时间: 2016-1-9 14:38
本帖最后由 99999 于 2016-1-9 14:42 编辑

你是第一次用直流电机？启动载荷接近额定载荷的10倍，他家有连续使用区域和间断使用区域工况的图表，这个问题处理起来没那么复杂，直接查图表就行了。

作者: Ｓhi 时间: 2016-1-9 22:48
你选的电机转矩是多少？多少W功率的

作者: 螺旋线 时间: 2016-1-9 23:32
这事儿就不科学
只听说过选电机需要计算的，没听说过选驱动还要计算的。

作者: 17567410 时间: 2016-1-10 16:56

这个结构本身没有问题，已经在其他设备上经过了验证，这次要求做本地化，因此更换了电机的驱动器，这是唯一的变化

可不可以认为：哪里都“抄”下来了。就是驱动器没整明白，所以调出来。
关于过载运行的问题是这样，启动电流一定是很高的，是倍于运行额定电流的。你的设备运行时间很短，无所谓启动电流和运行电流了。在概念上启动电流≠过载电流。

作者: georgemcu 时间: 2016-1-10 18:24
本帖最后由 georgemcu 于 2016-1-10 19:10 编辑

最近也在学习电机的选型计算，不过我的是伺服电机，需要知识类似。
在伺服电机中，还需要考量另外一个参数就是转动惯量，负载惯量与电机转子惯得比值要小于某个数（不同厂家的数值不一样），否则动态响应就比较差。
得到负载惯量后，算出总惯量（折合到电机轴<减速比>，还要包括电机本身的转子惯量，减速机转动惯量）乘以加速速（这个还看你使用什么运动曲线，三角型，梯形，S曲线，或者修正正选，修正梯形等），获得总电机扭矩，还要乘一个安全系数（有人取2或1.5）。再与电机的峰值扭矩做比较，来校核电机是否合适。当然还需要校核均方根扭矩。
接下来还要计算功率，以及电流，去选择伺服的驱动器。
过程类似，哈哈！
就是比你的过程复杂一下：）
一起学习，一起努力！

作者: 再一秒 时间: 2016-1-10 22:09
00

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-12 11:05

99999 发表于 2016-1-9 14:38
你是第一次用直流电机？启动载荷接近额定载荷的10倍，他家有连续使用区域和间断使用区域工况的图表，这个问 ...

感谢大侠的关注，启动电流大约为额定电流的3.1倍。这个电机本身是适用于S1工况的，即连续工作制。但实际应用是S2工况，即短时工作制。没有选更大的是因为以前项目也这么在用，同样的电机，接近的负载。因此这个项目没有更换电机，只是更换了驱动器。

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-12 11:06

fwsc 发表于 2016-1-8 17:33

感谢大侠帮忙贴资料

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-12 11:08

Ｓhi 发表于 2016-1-9 22:48
你选的电机转矩是多少？多少W功率的

感谢关注

额定扭矩为143 Ncm，额定电流2.9A，额定电压24V

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-12 11:09

螺旋线发表于 2016-1-9 23:32
这事儿就不科学
只听说过选电机需要计算的，没听说过选驱动还要计算的。

感谢关注。

驱动器自然也是需要根据工况选择的，本来这个工作应该是供应商应该做的，不过这个例子里面显然，供应商没有做好，我们拿到的是一个偏小的驱动器

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-12 11:12

17567410 发表于 2016-1-10 16:56
这个结构本身没有问题，已经在其他设备上经过了验证，这次要求做本地化，因此更换了电机的驱动器，这是唯一 ...

感谢关注

我们公司的定义比较特殊，电机是机械设计购买，驱动器是电器设计购买。所以才有了这个问题的出现

说到启动电流，如果启动的瞬间驱动器无法提供需要的瞬时电流，那么电机还是无法启动（因为是带负载启动），也就谈不到运行，对吗？

作者: 尘世天涯 时间: 2016-1-12 11:15

georgemcu 发表于 2016-1-10 18:24
最近也在学习电机的选型计算，不过我的是伺服电机，需要知识类似。
在伺服电机中，还需要考量另外一个参数 ...

感谢关注

我查询了很多资料，但是关于类似工况应该怎么计算，一直也没找到明确的方法，因此才有这个帖子的出现，希望能借助大家的智慧，找到正确的方法

作者: 17567410 时间: 2016-1-12 11:45

尘世天涯发表于 2016-1-12 11:12
感谢关注

我们公司的定义比较特殊，电机是机械设计购买，驱动器是电器设计购买。所以才有了这个问题的 ...

公司运作大都如此。好在搞明白了不然很麻烦。好在有样机。不过通过这次你就有所掌握下次就有经验了。

作者: 张阳YSLF062 时间: 2017-3-19 16:10
Thanks for sharing.

作者: 丹枫911 时间: 2017-11-2 22:58
本帖最后由丹枫911 于 2017-11-2 23:04 编辑

电机带负载启动时，皮带提供的动力是皮带与料盘之间的摩擦力，其最大值可以根据最大静摩擦来计算
当电机稳定运行时，动力与阻力平衡。动力仍为皮带与料盘间的摩擦力，其大小由阻力决定。阻力为料盘与支撑不锈钢板之间的摩擦力

大侠你好，启动阻力根据最大静摩擦力计算，我明白，第二段话（紫色的部分）电机稳定运行时的阻力为料盘与支撑不锈钢板之间的摩擦力，这句话你的意思是料盘和支撑料盘的钢板之间的滑动摩擦力吗？是这么理解吗？
可以理解为皮带两侧有不锈钢支撑，即限制料盘偏移同时又支撑料盘吗？也就是料盘同时和皮带和不锈钢板接触吗？

作者: 尘世天涯 时间: 2017-11-3 11:06

丹枫911 发表于 2017-11-2 22:58
电机带负载启动时，皮带提供的动力是皮带与料盘之间的摩擦力，其最大值可以根据最大静摩擦来计算
当电机稳 ...

大侠，你好，感谢关注

现在回过头来看以前做过的计算，还是发现的一些问题的

对于这个设计来说，需要考虑的不仅是皮带与料盘之间的摩擦力，在此之外需要考虑的是：

1. 减速机的效率，由于是行星轮减速机，效率会比较高，但仍是影响因素之一
2. 皮带与带轮之间的摩擦阻力，这个会比较大，对结果的影响也较大。但是由于带轮和皮带都是单独购买，没有确切参数，因此只能近似取值

因此，
在电机启动的时候，阻力为：皮带与带轮摩擦力矩 + 皮带与托盘最大静摩擦力的等效力矩 + 托盘与不锈钢支撑板之间的摩擦力的等效力矩
在电机平稳运行的时候，阻力为：皮带与带轮摩擦力矩 + 托盘与不锈钢支撑板之间的摩擦力的等效力矩

作者: pengjc2001 时间: 2017-11-3 11:26
电机在这个工况是很讨厌的。你还没考虑电机温升对电机效率的影响。我曾经经历过，电机按工况运行良好，但是做寿命时，为了加快速度，将系统运行频次提高。由于电机热量没有即使散出，到后面，电机就带不动了。

作者: 足球竞彩投注app哪个好APP3 时间: 2017-11-3 11:38

pengjc2001 发表于 2017-11-3 11:26
电机在这个工况是很讨厌的。你还没考虑电机温升对电机效率的影响。我曾经经历过，电机按工况运行良好，但 ...

对的

作者: 足球竞彩投注app哪个好APP3 时间: 2017-11-3 11:38

111

作者: 尘世天涯 时间: 2017-11-3 12:34

pengjc2001 发表于 2017-11-3 11:26
电机在这个工况是很讨厌的。你还没考虑电机温升对电机效率的影响。我曾经经历过，电机按工况运行良好，但 ...

电机温度对电机输出功率和效率确实有影响，
我去查阅了一些资料，说法是这样的：
具体影响多少还要看电机是什么类型的，永磁还是电励磁，供电方式也有影响，比如是恒流还是恒压
但是不论是哪一种，，貌似影响的比例并不是很大。

层主的应用里面说了，原工况运行良好，说明是在额定工况以下，改变计划以后带不动了，所以我认为根本原因是散热不好，超过了电机允许的运行温度，从而过热保护了。如果查看直流电机的详细参数，会发现过载倍数通常都在2以上，，所以不会出现带不动的状况

层主的这个应用，是否可以考虑同时加强散热，比如风扇主动散热。如果你正是利用了温升对寿命的影响来做加速测试的话。那就只能考虑降低负载的方式了，需求不同，采取的方式也需要做相应变化

作者: xuzhuodage 时间: 2017-11-3 13:29
精华

作者: 足球竞彩投注app哪个好APP5 时间: 2017-11-3 16:28

xuzhuodage 发表于 2017-11-3 13:29
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作者: 足球竞彩投注app哪个好APP5 时间: 2017-11-3 16:33

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