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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 設(shè)計(jì)計(jì)算：直流電機(jī)過載運(yùn)行 [打印本頁]

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-7 16:55
標(biāo)題: 設(shè)計(jì)計(jì)算：直流電機(jī)過載運(yùn)行


前段時(shí)間拿到一個(gè)任務(wù)，這里將解決問題的過程貼出來，希望大家一起討論，如果有錯(cuò)誤的地方，也懇請指正：
一個(gè)自行設(shè)計(jì)的傳送帶，滿負(fù)載的時(shí)候，電機(jī)轉(zhuǎn)不起來

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如上面圖片所示，負(fù)載為疊在一起的料盤，十盤料，總重量150kg。通過一個(gè)直流減速電機(jī)+T形減速機(jī)的形式提供動力（灰色帶尾巴的是電機(jī)，白色是自帶減速機(jī)，藍(lán)色透明部分為T形減速機(jī)），動力傳遞到同步帶輪上，通過張緊的同步帶來拖動料盤運(yùn)行.

問題具體表現(xiàn)為：放5盤料的時(shí)候，傳送帶可以正常運(yùn)行，放10盤料時(shí)，電機(jī)無法轉(zhuǎn)動，手推后，一松手電機(jī)就會停止
需要特別說明的是：這個(gè)結(jié)構(gòu)本身沒有問題，已經(jīng)在其他設(shè)備上經(jīng)過了驗(yàn)證，這次要求做本地化，因此更換了電機(jī)的驅(qū)動器，這是唯一的變化

下面說一下我分析問題的思路

電機(jī)帶負(fù)載啟動時(shí)，皮帶提供的動力是皮帶與料盤之間的摩擦力，其最大值可以根據(jù)最大靜摩擦來計(jì)算
當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，動力與阻力平衡。動力仍為皮帶與料盤間的摩擦力，其大小由阻力決定。阻力為料盤與支撐不銹鋼板之間的摩擦力

求電機(jī)啟動電流
1. 求料盤與皮帶的最大靜摩擦F1=W*g*&#181;=882N（&#181;取0.6）
2. 求同步帶輪輸入扭矩T= F1*D/2 =2667.2N.cm（D為同步帶輪直徑,60.48mm）
3. 求電機(jī)輸出扭矩T1= T/i=53.344 N.cm  i=50,為總減速比，包括T形減速機(jī)和自帶減速機(jī)

根據(jù)以上第三步得到的扭矩，查詢電機(jī)的扭矩電流曲線，得知，啟動電流為9A

求電機(jī)運(yùn)行電流
1. 求料盒與不銹鋼板的最大靜摩擦F1’ = W*g*&#181;1 = 588N （&#181;1取0.4）
2.求同步帶輪輸入扭矩T’ = F1’* D/2 = 17781N.mm = 1778.1 N.cm
3.求電機(jī)輸出扭矩T1’= T’/i = 35.562N.cm

根據(jù)第三步得到的扭矩，查詢電機(jī)的扭矩電流曲線，得知，運(yùn)行電流為6A

驅(qū)動器可以提供的最高電流為5A，至此原因找到，驅(qū)動器無法提供足夠的啟動電流，甚至無法提供電機(jī)正常運(yùn)行的電流，因此才表現(xiàn)為帶負(fù)載無法啟動，手推，松手后仍無法運(yùn)行

到這里似乎問題可以畫個(gè)句號結(jié)束了，只需買一個(gè)更大的驅(qū)動器即可。
但是又有了新的問題，由電機(jī)參數(shù)可知，電機(jī)運(yùn)行額定電流為2.9A，因此電機(jī)在啟動和運(yùn)行過程中，始終在過載運(yùn)行，那么問題來了，過載運(yùn)行應(yīng)該有個(gè)時(shí)間限制，否則電機(jī)肯定會由于來不及散熱而燒毀

這個(gè)過載運(yùn)行帶來了兩個(gè)問題

1. 電機(jī)的單次運(yùn)行時(shí)間是否超過最大允許工作時(shí)間
2. 電機(jī)長期運(yùn)行是否滿足要求

關(guān)于第一個(gè)問題，咨詢了供應(yīng)商，他們提供了電機(jī)的熱時(shí)間常數(shù)（35分鐘）和簡易計(jì)算公式，如下圖

(, 下載次數(shù): 187)

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由公式計(jì)算得到，該工況下的過載周期為8.2分鐘，而電機(jī)的單次運(yùn)行時(shí)間可以根據(jù)皮帶長度和電機(jī)額定轉(zhuǎn)速計(jì)算得到，僅為3.45秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于過載周期。因此電機(jī)單次運(yùn)行滿足要求

關(guān)于第二個(gè)問題，則需要計(jì)算電機(jī)運(yùn)行的均方根扭矩，將這個(gè)值與電機(jī)額定扭矩做比較，該應(yīng)用中，由于電機(jī)運(yùn)行節(jié)拍非常長，為36分鐘，也就是說，電機(jī)運(yùn)行3.45秒以后，再過36分鐘才需要再次運(yùn)行。因此計(jì)算的到的均方根扭矩也非常小，因此電機(jī)可以滿足長期運(yùn)行要求

但由于極端情況下，電機(jī)仍有燒毀的風(fēng)險(xiǎn)，因此要求電氣部門在電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)部設(shè)置了電流限制，并在PLC軟件設(shè)置了電機(jī)最大運(yùn)行時(shí)間限制

至此，整個(gè)問題才有了一個(gè)完結(jié)

以上，是我此次解決問題的一個(gè)思路，貼上來，希望能跟大家交流一下，如果能得到各位大俠的點(diǎn)評，自然是更好。先謝過！

最后附上電機(jī)的參數(shù)

嘗試了幾次圖片都無法上傳，抱歉，只能提供鏈接如下：電機(jī)型號為GR53*58,24伏供電。有興趣的朋友自行下載

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

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作者: fwsc    時(shí)間: 2016-1-7 18:21
你也喜歡用德恩科的小型電機(jī)啊

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作者: pengzhiping    時(shí)間: 2016-1-7 19:20
有沒有計(jì)算啟動慣量夠不夠？按照你這樣算的話只是計(jì)算正常運(yùn)轉(zhuǎn)的扭矩！

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作者: xudingjia820    時(shí)間: 2016-1-7 19:21
學(xué)習(xí)，謝謝分享！

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作者: 零件工程師    時(shí)間: 2016-1-7 20:54
小弟請教兩個(gè)問題
1.I_N和I是什么？
2.啟動和運(yùn)行時(shí)的電機(jī)輸出力矩都要大于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩17N.cm，此時(shí)是否應(yīng)該換了轉(zhuǎn)矩大的電機(jī)？

謝謝！

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-8 09:35

fwsc 發(fā)表于 2016-1-7 18:21
你也喜歡用德恩科的小型電機(jī)啊

大俠你好，這個(gè)應(yīng)用比較特殊，因?yàn)榭臻g比較小才選了這個(gè)電機(jī)的。我們使用的不是很多，通常都是用普通交流電機(jī)拖動的。

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-8 10:02

pengzhiping 發(fā)表于 2016-1-7 19:20
有沒有計(jì)算啟動慣量夠不夠？按照你這樣算的話只是計(jì)算正常運(yùn)轉(zhuǎn)的扭矩！

大俠，你提醒了我

計(jì)算里面應(yīng)該是漏掉了傳動部分的飛輪矩，但是負(fù)載轉(zhuǎn)換而來的飛輪矩不應(yīng)該再次考慮，因?yàn)橐呀?jīng)以附加外力的形式參與了計(jì)算

不知大俠認(rèn)為如何？

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-8 10:06

零件工程師 發(fā)表于 2016-1-7 20:54
小弟請教兩個(gè)問題
1.I_N和I是什么？
2.啟動和運(yùn)行時(shí)的電機(jī)輸出力矩都要大于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩17N.cm，此時(shí)是 ...

大俠你好，

這個(gè)公式是供應(yīng)商提供的，用來計(jì)算最大工作時(shí)間的。其中IN是電機(jī)額定電流，I是電機(jī)實(shí)際電流，計(jì)算得到duty cycle，然后拿這個(gè)值參與計(jì)算最大工作時(shí)間

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-8 10:09

零件工程師 發(fā)表于 2016-1-7 20:54
小弟請教兩個(gè)問題
1.I_N和I是什么？
2.啟動和運(yùn)行時(shí)的電機(jī)輸出力矩都要大于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩17N.cm，此時(shí)是 ...

之所以沒有更換更大電機(jī)也是從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性考慮。因?yàn)闆]有必要為了短期的使用而購買一個(gè)很大的電機(jī)，這會是巨大的浪費(fèi)。當(dāng)然這樣做的前提是，電機(jī)是允許過載運(yùn)行的。

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作者: 水煮D白菜    時(shí)間: 2016-1-8 10:36
學(xué)習(xí)，謝謝分享！

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-8 10:40
肯請各位大俠能給與指點(diǎn)和點(diǎn)評，在此謝過

@害怕伏櫪
@zerowing
@逍遙處士  
@祥云飛魚  

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作者: shaopeng760528    時(shí)間: 2016-1-8 10:50
超愛此網(wǎng)站

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-8 12:15
感謝鷹大推薦+精華

也請各位大俠能幫忙做個(gè)點(diǎn)評，先謝過了。如果能夠從中幫忙找找錯(cuò)誤和疏漏的地方，更是不勝感激。

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作者: 譚榮兵    時(shí)間: 2016-1-8 13:34
學(xué)習(xí)了，以后我也要發(fā)這樣的牛貼

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作者: huzejun163    時(shí)間: 2016-1-8 16:39
學(xué)習(xí)到了。

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作者: fwsc    時(shí)間: 2016-1-8 17:33
(, 下載次數(shù): 109)

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下載積分: 威望 -10 點(diǎn)

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作者: stoplonely    時(shí)間: 2016-1-8 21:53
留名學(xué)習(xí)，看大俠們論道。

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作者: 好學(xué)很好學(xué)    時(shí)間: 2016-1-8 22:31
正好想補(bǔ)一下電機(jī)方面的知識，謝謝分享

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作者: 學(xué)武書生    時(shí)間: 2016-1-9 09:18
留名，等待牛人出現(xiàn)

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作者: 逍遙處士    時(shí)間: 2016-1-9 11:52


選電機(jī)沒做過這么詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

曾用過400W的伺服電機(jī)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，200多W就足夠，但一詢價(jià)，400W的反而便宜又有現(xiàn)貨，干脆都用400W的了。

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作者: 99999    時(shí)間: 2016-1-9 14:38


你是第一次用直流電機(jī)？啟動載荷接近額定載荷的10倍，他家有連續(xù)使用區(qū)域和間斷使用區(qū)域工況的圖表，這個(gè)問題處理起來沒那么復(fù)雜，直接查圖表就行了。

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作者: 3895320dfe3becd    時(shí)間: 2016-1-9 22:48
你選的電機(jī)轉(zhuǎn)矩是多少？多少W功率的

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作者: 螺旋線    時(shí)間: 2016-1-9 23:32
這事兒就不科學(xué)
只聽說過選電機(jī)需要計(jì)算的，沒聽說過選驅(qū)動還要計(jì)算的。

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作者: 17567410    時(shí)間: 2016-1-10 16:56

這個(gè)結(jié)構(gòu)本身沒有問題，已經(jīng)在其他設(shè)備上經(jīng)過了驗(yàn)證，這次要求做本地化，因此更換了電機(jī)的驅(qū)動器，這是唯一的變化

可不可以認(rèn)為：哪里都“抄”下來了。就是驅(qū)動器沒整明白，所以調(diào)出來。
關(guān)于過載運(yùn)行的問題是這樣，啟動電流一定是很高的，是倍于運(yùn)行額定電流的。你的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間很短，無所謂啟動電流和運(yùn)行電流了。在概念上啟動電流≠過載電流。

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作者: georgemcu    時(shí)間: 2016-1-10 18:24


最近也在學(xué)習(xí)電機(jī)的選型計(jì)算，不過我的是伺服電機(jī)，需要知識類似。
在伺服電機(jī)中，還需要考量另外一個(gè)參數(shù)就是轉(zhuǎn)動慣量，負(fù)載慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣得比值要小于某個(gè)數(shù)（不同廠家的數(shù)值不一樣），否則動態(tài)響應(yīng)就比較差。
得到負(fù)載慣量后，算出總慣量（折合到電機(jī)軸<減速比>，還要包括電機(jī)本身的轉(zhuǎn)子慣量，減速機(jī)轉(zhuǎn)動慣量）乘以加速速（這個(gè)還看你使用什么運(yùn)動曲線，三角型，梯形，S曲線，或者修正正選，修正梯形等），獲得總電機(jī)扭矩，還要乘一個(gè)安全系數(shù)（有人取2或1.5）。再與電機(jī)的峰值扭矩做比較，來校核電機(jī)是否合適。當(dāng)然還需要校核均方根扭矩。
接下來還要計(jì)算功率，以及電流，去選擇伺服的驅(qū)動器。
過程類似，哈哈！
就是比你的過程復(fù)雜一下：）
一起學(xué)習(xí)，一起努力！

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作者: 再一秒    時(shí)間: 2016-1-10 22:09
00

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-12 11:05

99999 發(fā)表于 2016-1-9 14:38
你是第一次用直流電機(jī)？啟動載荷接近額定載荷的10倍，他家有連續(xù)使用區(qū)域和間斷使用區(qū)域工況的圖表，這個(gè)問 ...

感謝大俠的關(guān)注，啟動電流大約為額定電流的3.1倍。這個(gè)電機(jī)本身是適用于S1工況的，即連續(xù)工作制。但實(shí)際應(yīng)用是S2工況，即短時(shí)工作制。沒有選更大的是因?yàn)橐郧绊?xiàng)目也這么在用，同樣的電機(jī)，接近的負(fù)載。因此這個(gè)項(xiàng)目沒有更換電機(jī)，只是更換了驅(qū)動器。

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-12 11:06

fwsc 發(fā)表于 2016-1-8 17:33

感謝大俠幫忙貼資料

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-12 11:08

Ｓhi 發(fā)表于 2016-1-9 22:48
你選的電機(jī)轉(zhuǎn)矩是多少？多少W功率的

感謝關(guān)注

額定扭矩為143 Ncm，額定電流2.9A，額定電壓24V

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-12 11:09

螺旋線 發(fā)表于 2016-1-9 23:32
這事兒就不科學(xué)
只聽說過選電機(jī)需要計(jì)算的，沒聽說過選驅(qū)動還要計(jì)算的。

感謝關(guān)注。

驅(qū)動器自然也是需要根據(jù)工況選擇的，本來這個(gè)工作應(yīng)該是供應(yīng)商應(yīng)該做的，不過這個(gè)例子里面顯然，供應(yīng)商沒有做好，我們拿到的是一個(gè)偏小的驅(qū)動器

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-12 11:12

17567410 發(fā)表于 2016-1-10 16:56
這個(gè)結(jié)構(gòu)本身沒有問題，已經(jīng)在其他設(shè)備上經(jīng)過了驗(yàn)證，這次要求做本地化，因此更換了電機(jī)的驅(qū)動器，這是唯一 ...

感謝關(guān)注

我們公司的定義比較特殊，電機(jī)是機(jī)械設(shè)計(jì)購買，驅(qū)動器是電器設(shè)計(jì)購買。所以才有了這個(gè)問題的出現(xiàn)

說到啟動電流，如果啟動的瞬間驅(qū)動器無法提供需要的瞬時(shí)電流，那么電機(jī)還是無法啟動（因?yàn)槭菐ж?fù)載啟動），也就談不到運(yùn)行，對嗎？

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2016-1-12 11:15

georgemcu 發(fā)表于 2016-1-10 18:24
最近也在學(xué)習(xí)電機(jī)的選型計(jì)算，不過我的是伺服電機(jī)，需要知識類似。
在伺服電機(jī)中，還需要考量另外一個(gè)參數(shù) ...

感謝關(guān)注

我查詢了很多資料，但是關(guān)于類似工況應(yīng)該怎么計(jì)算，一直也沒找到明確的方法，因此才有這個(gè)帖子的出現(xiàn)，希望能借助大家的智慧，找到正確的方法

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作者: 17567410    時(shí)間: 2016-1-12 11:45

塵世天涯 發(fā)表于 2016-1-12 11:12
感謝關(guān)注

我們公司的定義比較特殊，電機(jī)是機(jī)械設(shè)計(jì)購買，驅(qū)動器是電器設(shè)計(jì)購買。所以才有了這個(gè)問題的 ...

公司運(yùn)作大都如此。好在搞明白了不然很麻煩。好在有樣機(jī)。不過通過這次你就有所掌握下次就有經(jīng)驗(yàn)了。

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作者: 張陽YSLF062    時(shí)間: 2017-3-19 16:10
Thanks for sharing.

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作者: 丹楓911    時(shí)間: 2017-11-2 22:58


電機(jī)帶負(fù)載啟動時(shí)，皮帶提供的動力是皮帶與料盤之間的摩擦力，其最大值可以根據(jù)最大靜摩擦來計(jì)算
當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，動力與阻力平衡。動力仍為皮帶與料盤間的摩擦力，其大小由阻力決定。阻力為料盤與支撐不銹鋼板之間的摩擦力



大俠你好，啟動阻力根據(jù)最大靜摩擦力計(jì)算，我明白，第二段話（紫色的部分）電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的阻力為料盤與支撐不銹鋼板之間的摩擦力，這句話你的意思是料盤和支撐料盤的鋼板之間的滑動摩擦力嗎？是這么理解嗎？
可以理解為皮帶兩側(cè)有不銹鋼支撐，即限制料盤偏移同時(shí)又支撐料盤嗎？也就是料盤同時(shí)和皮帶和不銹鋼板接觸嗎？

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2017-11-3 11:06

丹楓911 發(fā)表于 2017-11-2 22:58
電機(jī)帶負(fù)載啟動時(shí)，皮帶提供的動力是皮帶與料盤之間的摩擦力，其最大值可以根據(jù)最大靜摩擦來計(jì)算
當(dāng)電機(jī)穩(wěn) ...

大俠，你好，感謝關(guān)注

現(xiàn)在回過頭來看以前做過的計(jì)算，還是發(fā)現(xiàn)的一些問題的

對于這個(gè)設(shè)計(jì)來說，需要考慮的不僅是皮帶與料盤之間的摩擦力，在此之外需要考慮的是：

1. 減速機(jī)的效率，由于是行星輪減速機(jī)，效率會比較高，但仍是影響因素之一
2. 皮帶與帶輪之間的摩擦阻力，這個(gè)會比較大，對結(jié)果的影響也較大。但是由于帶輪和皮帶都是單獨(dú)購買，沒有確切參數(shù)，因此只能近似取值

因此，
在電機(jī)啟動的時(shí)候，阻力為：皮帶與帶輪摩擦力矩 + 皮帶與托盤最大靜摩擦力的等效力矩 + 托盤與不銹鋼支撐板之間的摩擦力的等效力矩
在電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的時(shí)候，阻力為：皮帶與帶輪摩擦力矩 +  托盤與不銹鋼支撐板之間的摩擦力的等效力矩

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作者: pengjc2001    時(shí)間: 2017-11-3 11:26
電機(jī)在這個(gè)工況是很討厭的。 你還沒考慮 電機(jī)溫升對電機(jī)效率的影響。我曾經(jīng)經(jīng)歷過，電機(jī)按工況運(yùn)行良好，但是做壽命時(shí)，為了加快速度，將系統(tǒng)運(yùn)行頻次提高。 由于電機(jī)熱量沒有即使散出， 到后面，電機(jī)就帶不動了。

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作者: 3D世界網(wǎng)APP3    時(shí)間: 2017-11-3 11:38

pengjc2001 發(fā)表于 2017-11-3 11:26
電機(jī)在這個(gè)工況是很討厭的。 你還沒考慮 電機(jī)溫升對電機(jī)效率的影響。我曾經(jīng)經(jīng)歷過，電機(jī)按工況運(yùn)行良好，但 ...

對的

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作者: 3D世界網(wǎng)APP3    時(shí)間: 2017-11-3 11:38

111

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作者: 塵世天涯    時(shí)間: 2017-11-3 12:34

pengjc2001 發(fā)表于 2017-11-3 11:26
電機(jī)在這個(gè)工況是很討厭的。 你還沒考慮 電機(jī)溫升對電機(jī)效率的影響。我曾經(jīng)經(jīng)歷過，電機(jī)按工況運(yùn)行良好，但 ...

電機(jī)溫度對電機(jī)輸出功率和效率確實(shí)有影響，
我去查閱了一些資料，說法是這樣的：
具體影響多少還要看電機(jī)是什么類型的，永磁還是電勵(lì)磁，供電方式也有影響，比如是恒流還是恒壓
但是不論是哪一種，，貌似影響的比例并不是很大。

層主的應(yīng)用里面說了，原工況運(yùn)行良好，說明是在額定工況以下，改變計(jì)劃以后帶不動了，所以我認(rèn)為根本原因是散熱不好，超過了電機(jī)允許的運(yùn)行溫度，從而過熱保護(hù)了。如果查看直流電機(jī)的詳細(xì)參數(shù)，會發(fā)現(xiàn)過載倍數(shù)通常都在2以上，，所以不會出現(xiàn)帶不動的狀況

層主的這個(gè)應(yīng)用，是否可以考慮同時(shí)加強(qiáng)散熱，比如風(fēng)扇主動散熱。如果你正是利用了溫升對壽命的影響來做加速測試的話。那就只能考慮降低負(fù)載的方式了，需求不同，采取的方式也需要做相應(yīng)變化

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作者: xuzhuodage    時(shí)間: 2017-11-3 13:29
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作者: 3D世界網(wǎng)APP5    時(shí)間: 2017-11-3 16:28

xuzhuodage 發(fā)表于 2017-11-3 13:29
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作者: 3D世界網(wǎng)APP5    時(shí)間: 2017-11-3 16:33

3D世界網(wǎng)APP5 發(fā)表于 2017-11-3 16:28
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對呀對呀

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