设计计算：直流电机过载运行

尘世天涯

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



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



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

fwsc

你也喜欢用德恩科的小型电机啊

pengzhiping

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！

xudingjia820

学习，谢谢分享！

零件工程师

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！

尘世天涯

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。

尘世天涯

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？

尘世天涯

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

尘世天涯

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。

水煮D白菜

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