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微型直流减速电机工作原理「图解」

一. 微型直流电机工作原理

电机的能量转换

电机的功能是将电能转化械械能,为机构的运转提供动力源。

微型直流减速电机工作原理「图解」

 

为何要选择直流微电机

很多终端应用要求大的启动扭矩,直流微电机具有降速,高扭矩特性,这使其能够处理起动扭矩大的应用,并且容易吸收负载的突变,电机转速可以调整以适应负载。而且直流微电机几乎是产品小型化应用的唯一方案。


影响电机性能的主要因素

1. 输入电压:输入电压降低会令N0、Is、Ts参数降低,电压的调节请不要超出给定的工作范围。

2. 温度:环境温度或者电机温度的上升将令N0增大,Is及Ts降低。电机温度过高可能会对电机产生退磁作用甚至烧毁。


电机的特性曲线

微型直流减速电机原理内部构造

直流微电机的特性曲线由以下4个关键参数构成:

1、空载转速(No):电机在额定电压下无负载运行时的测得的转速,单位为RPM(转每分钟);

2、空载电流(Io):电机在额定电压下无负载运行时,在电机两端子间测得的输入 电流,单位A(安倍);

3、堵转电流(Is):电机在额定电压下运行,因负载导致电机停转时瞬间测得的电流,单位A(安倍);

4、堵转扭矩(Ts):电机在额定电压下运行,因负载导致电机停转时瞬间测得的最大转矩,单位gf.cm(克.厘米)。


电机的性能曲线以输出转矩为横坐标,以转速、电流、效率及转出功率为纵坐标,描绘相应的曲线:转速曲线N、电流曲线I、效率曲线?、输出功率曲线P。

微型直流减速电机基本原理特性曲线图

 

扭矩与转速的关系 电机产生的扭矩与转速是相互影响。这是直流电机的基本特性,转速与扭矩呈线性关系。这常用作计算空载转速和起动扭矩。

直流微型减速电机的扭矩与转速

 

直流电机的输出功率的曲线可以从扭矩和转速曲线中推导出。

微型直流电机的输出功率图

 

扭矩-转速和输出功率曲线取决于电机的供电电压。

可以提供不同的电压(通常在额定电压的-50%~+100%之间),假如电压低于额定电压,电机的功率降低,假如高于额定电压,电机的输出功率增大,但是容易发热。

电压在-25%~+50%之间不断变化,新的扭矩和转速曲线关系,平行于以前的曲线。起动扭矩和空载转速与供电电压变化的百分比相同。最大输出功率乘以(1+ ?)2  :

例如:  电压增加20%

        起始扭矩增加 20%(x1.2)

        空载转速增加 20%(x1.2)

        输出功率增加 44%(x1.44)

             

扭矩与电流的关系

这是直流电机的第二个重要特性:

电流和电机扭矩呈线性关系,用来计算空载电流和转子静止时的电流(起动电流)。

电流和电机扭矩关系图

扭矩-转速,扭矩-电流曲线用于确定输入功率和电机转速的函数关系

直流电机转速的函数关系

 

直流减速电机效率图

效率

1. 电机的效率等于机械输出功率除以电机输入功率

输出功率和输入功率随着转速的变化而变化,给定的转速大于空载速度的50%时可获得最大效率。

2. 减速器传动效率:电动机配置减速器以后输出转矩的效率。其大小受轴承、齿轮的摩擦力以及润滑条件的影响。

一般而言,经过一级传动的齿轮减速器效率为90%,二级传动的效率是81%,减速比越大,其传动级数越多,其传动效率就越低。

安装减速器的电机明显提升负载能力,一般齿轮减速器的减速比1:200,行星齿轮减速器的减速比可达到1:4500。

微型直流减速电机工作原理



二.如何选用各种型号的微型直流减速电机

由于多种因素的影响,很难确定一个通用状态来衡量电机的寿命。

以下是我们在选取电机时必须考虑的因素:


1.负载:大电流会加快电气损耗。因些,我们建议您在选择电机时要留有一定的余地;

2.转速:转速过高会加大机械磨损;

转速大于2000RPM---直流电机

转速介于1000-200RPM---直流电机或者直流减速电机

转速低于500RPM---直流减速电机

3.工作状态:频繁起动、正反转会缩短寿命;

4.环境因素:温度、湿度、振动及安装方式等。



特别注意 WARNING

l 根据对电压-扭矩-转速的特性,要求在20℃时连续运行,仅可以是间歇式负载超出操作条件.没有特殊说明的,在客户实际应用中必须检查所有极端的操作条件,以确保操作安全。

l 为抑制电机的干扰信号,小型减速电机安装时,可以在正极与负极之间焊接一个0.1uF(63V)的涤纶电容,负极要接地。或者致电本公司,在电机里安装抗干扰压敏电阻。

永磁直流电机的堵转转矩一般是额定转矩的5~6倍,在安装、调试、使用中应该避免堵转现象发生;

 

附表1.微型直流减速电机类型性能对比: 

 

性能

类型

 

机械换向有刷

电子换向

交流电交变特征换向

永磁直流电机

串激电机

无刷电机

步进电机

同步电机

感应电机

机械结构

复杂

复杂

简单

简单

简单

简单

寿命

噪音

较大

较大

震动

较大

较大

起动力矩

效率

40-70%

40-60%

70-90%

30-40%

40-60%

30-50%

转速

不可调速

调速范围

不可调速

调速方式

变压

变压

变压变频

变频

变频??

变压充频

成本



附表2 力矩单位制 Torque unit Conversion chart


gf.cm

Kgf.cm

N.cm

N.m

oz.in

Lb.in

Lb.ft

gf.cm

1

10^-3

9.8x10^-3

9.8x10^-5

0.01389

8.68x10^-4

7.233x10^-5

Kgf.cm

10^3

1

9.8

9.8x10^-2

13.89

0.868

0.07233

N.cm

102

0.102

1

0.01

1.416

0.0885

7.376x10^-3

N.m

1.02x10^4

10.2

100

1

141.6

8.85

0.7276

oz.in

72.1

0.0721

0.706

7.06x10^-3

1

0.0625

5.21x10^-3

Lb.in

1152

1.152

11.3

0.113

16

1

0.0833

Lb.ft

1.383x10^4

13.83

135.6

1.356

192

12

1




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