設計計算：直流電機過載運行

塵世天涯

前段時間拿到一個任務，這里將解決問題的過程貼出來，希望大家一起討論，如果有錯誤的地方，也懇請指正：
一個自行設計的傳送帶，滿負載的時候，電機轉不起來



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

問題具體表現為：放5盤料的時候，傳送帶可以正常運行，放10盤料時，電機無法轉動，手推后，一松手電機就會停止
需要特別說明的是：這個結構本身沒有問題，已經在其他設備上經過了驗證，這次要求做本地化，因此更換了電機的驅動器，這是唯一的變化

下面說一下我分析問題的思路

電機帶負載啟動時，皮帶提供的動力是皮帶與料盤之間的摩擦力，其最大值可以根據最大靜摩擦來計算
當電機穩定運行時，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

求電機啟動電流
1. 求料盤與皮帶的最大靜摩擦F1=W*g*µ=882N（µ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形減速機和自帶減速機

根據以上第三步得到的扭矩，查詢電機的扭矩電流曲線，得知，啟動電流為9A

求電機運行電流
1. 求料盒與不銹鋼板的最大靜摩擦F1’ = W*g*µ1 = 588N （µ1取0.4）
2.求同步帶輪輸入扭矩T’ = F1’* D/2 = 17781N.mm = 1778.1 N.cm
3.求電機輸出扭矩T1’= T’/i = 35.562N.cm

根據第三步得到的扭矩，查詢電機的扭矩電流曲線，得知，運行電流為6A

驅動器可以提供的最高電流為5A，至此原因找到，驅動器無法提供足夠的啟動電流，甚至無法提供電機正常運行的電流，因此才表現為帶負載無法啟動，手推，松手后仍無法運行

到這里似乎問題可以畫個句號結束了，只需買一個更大的驅動器即可。
但是又有了新的問題，由電機參數可知，電機運行額定電流為2.9A，因此電機在啟動和運行過程中，始終在過載運行，那么問題來了，過載運行應該有個時間限制，否則電機肯定會由于來不及散熱而燒毀

這個過載運行帶來了兩個問題

1. 電機的單次運行時間是否超過最大允許工作時間
2. 電機長期運行是否滿足要求

關于第一個問題，咨詢了供應商，他們提供了電機的熱時間常數（35分鐘）和簡易計算公式，如下圖



由公式計算得到，該工況下的過載周期為8.2分鐘，而電機的單次運行時間可以根據皮帶長度和電機額定轉速計算得到，僅為3.45秒，遠遠小于過載周期。因此電機單次運行滿足要求

關于第二個問題，則需要計算電機運行的均方根扭矩，將這個值與電機額定扭矩做比較，該應用中，由于電機運行節拍非常長，為36分鐘，也就是說，電機運行3.45秒以后，再過36分鐘才需要再次運行。因此計算的到的均方根扭矩也非常小，因此電機可以滿足長期運行要求

但由于極端情況下，電機仍有燒毀的風險，因此要求電氣部門在電機驅動器內部設置了電流限制，并在PLC軟件設置了電機最大運行時間限制

至此，整個問題才有了一個完結

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

最后附上電機的參數

嘗試了幾次圖片都無法上傳，抱歉，只能提供鏈接如下：電機型號為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

fwsc

你也喜歡用德恩科的小型電機啊

pengzhiping

有沒有計算啟動慣量夠不夠？按照你這樣算的話只是計算正常運轉的扭矩！

xudingjia820

學習，謝謝分享！

零件工程師

小弟請教兩個問題
1.I_N和I是什么？
2.啟動和運行時的電機輸出力矩都要大于電機的額定轉矩17N.cm，此時是否應該換了轉矩大的電機？

謝謝！

塵世天涯

fwsc 發表于 2016-1-7 18:21
你也喜歡用德恩科的小型電機啊

大俠你好，這個應用比較特殊，因為空間比較小才選了這個電機的。我們使用的不是很多，通常都是用普通交流電機拖動的。

塵世天涯

pengzhiping 發表于 2016-1-7 19:20
有沒有計算啟動慣量夠不夠？按照你這樣算的話只是計算正常運轉的扭矩！

大俠，你提醒了我

計算里面應該是漏掉了傳動部分的飛輪矩，但是負載轉換而來的飛輪矩不應該再次考慮，因為已經以附加外力的形式參與了計算

不知大俠認為如何？

塵世天涯

零件工程師 發表于 2016-1-7 20:54
小弟請教兩個問題
1.I_N和I是什么？
2.啟動和運行時的電機輸出力矩都要大于電機的額定轉矩17N.cm，此時是 ...

大俠你好，

這個公式是供應商提供的，用來計算最大工作時間的。其中IN是電機額定電流，I是電機實際電流，計算得到duty cycle，然后拿這個值參與計算最大工作時間

塵世天涯

零件工程師 發表于 2016-1-7 20:54
小弟請教兩個問題
1.I_N和I是什么？
2.啟動和運行時的電機輸出力矩都要大于電機的額定轉矩17N.cm，此時是 ...

之所以沒有更換更大電機也是從經濟性和實用性考慮。因為沒有必要為了短期的使用而購買一個很大的電機，這會是巨大的浪費。當然這樣做的前提是，電機是允許過載運行的。

水煮D白菜

學習，謝謝分享！