設(shè)計(jì)計(jì)算：直流電機(jī)過(guò)載運(yùn)行

塵世天涯

前段時(shí)間拿到一個(gè)任務(wù)，這里將解決問(wèn)題的過(guò)程貼出來(lái)，希望大家一起討論，如果有錯(cuò)誤的地方，也懇請(qǐng)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(lái)



如上面圖片所示，負(fù)載為疊在一起的料盤(pán)，十盤(pán)料，總重量150kg。通過(guò)一個(gè)直流減速電機(jī)+T形減速機(jī)的形式提供動(dòng)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(mén)形減速機(jī)），動(dòng)力傳遞到同步帶輪上，通過(guò)張緊的同步帶來(lái)拖動(dòng)料盤(pán)運(yùn)行.

問(wèn)題具體表現(xiàn)為：放5盤(pán)料的時(shí)候，傳送帶可以正常運(yùn)行，放10盤(pán)料時(shí)，電機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，手推后，一松手電機(jī)就會(huì)停止
需要特別說(shuō)明的是：這個(gè)結(jié)構(gòu)本身沒(méi)有問(wèn)題，已經(jīng)在其他設(shè)備上經(jīng)過(guò)了驗(yàn)證，這次要求做本地化，因此更換了電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，這是唯一的變化

下面說(shuō)一下我分析問(wèn)題的思路

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

求電機(jī)啟動(dòng)電流
1. 求料盤(pán)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(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(dòng)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*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(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(dòng)器可以提供的最高電流為5A，至此原因找到，驅(qū)動(dòng)器無(wú)法提供足夠的啟動(dòng)電流，甚至無(wú)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(wú)法啟動(dòng)，手推，松手后仍無(wú)法運(yùn)行

到這里似乎問(wèn)題可以畫(huà)個(gè)句號(hào)結(jié)束了，只需買(mǎi)一個(gè)更大的驅(qū)動(dòng)器即可。
但是又有了新的問(wèn)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(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，始終在過(guò)載運(yùn)行，那么問(wèn)題來(lái)了，過(guò)載運(yùn)行應(yīng)該有個(gè)時(shí)間限制，否則電機(jī)肯定會(huì)由于來(lái)不及散熱而燒毀

這個(gè)過(guò)載運(yùn)行帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題

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

關(guān)于第一個(gè)問(wèn)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(jiǎn)易計(jì)算公式，如下圖



由公式計(jì)算得到，該工況下的過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(wèn)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(zhǎng)，為36分鐘，也就是說(shuō)，電機(jī)運(yùn)行3.45秒以后，再過(guò)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(zhǎng)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(mén)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(wèn)題才有了一個(gè)完結(jié)

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

最后附上電機(jī)的參數(shù)

嘗試了幾次圖片都無(wú)法上傳，抱歉，只能提供鏈接如下：電機(jī)型號(hào)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(jī)啊

pengzhiping

有沒(méi)有計(jì)算啟動(dòng)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！

xudingjia820

學(xué)習(xí)，謝謝分享！

零件工程師

小弟請(qǐng)教兩個(gè)問(wèn)題
1.I_N和I是什么？
2.啟動(dòng)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！

塵世天涯

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(dòng)的。

塵世天涯

pengzhiping 發(fā)表于 2016-1-7 19:20
有沒(méi)有計(jì)算啟動(dòng)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(dòng)部分的飛輪矩，但是負(fù)載轉(zhuǎn)換而來(lái)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？

塵世天涯

零件工程師 發(fā)表于 2016-1-7 20:54
小弟請(qǐng)教兩個(gè)問(wèn)題
1.I_N和I是什么？
2.啟動(dòng)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(lái)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

塵世天涯

零件工程師 發(fā)表于 2016-1-7 20:54
小弟請(qǐng)教兩個(gè)問(wèn)題
1.I_N和I是什么？
2.啟動(dòng)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(méi)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](méi)有必要為了短期的使用而購(gòu)買(mǎi)一個(gè)很大的電機(jī)，這會(huì)是巨大的浪費(fèi)。當(dāng)然這樣做的前提是，電機(jī)是允許過(guò)載運(yùn)行的。

水煮D白菜

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