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微型直流电机工作原理详解


微型电机是通过将电能转化为机械能,通过运转提供动力源。不少产品需求较大的启动扭矩,微型直流电机有高扭矩特性,能应用在扭矩大的产品,并且电机的转速可以调整、适应负载,所以微型直流电机一直应用非常广泛。

微型直流电机原理图

影响微型直流电机性能的主要因素


主要有两点,一是输入电压,另外一个是温度;简单来说,电压调节不要超出额定工作电压范围;如微型电机的温度过高会烧毁电机,除环境因素外,电压过高也会导致电机温度过高。



微型直流电机性能曲线


1、空载转速(No):微型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):微型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):微型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):微型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);


微型直流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,相应的曲线:转速曲线N、电流曲线I、效率曲线N、输出功率曲线P,如下图所示:

微型直流电机性能曲线


微型直流电机产生的扭矩与转速是相互影响的,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。


转速与扭矩关系

转速与功率


微型直流电机另外一个重要特性是扭矩与电流的关系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)如图。


微型直流电机扭矩与电流


微型直流电机效率

效率=机械输出功率÷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。


微型减速电机


减速传动效率:微型电机配置减速箱以后输出转矩的效率大小受轴承、齿轮的摩擦力以及润滑条件的影响。经过一级传动的齿轮减速箱效率为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。
减速电机明显提升负载能力,一般齿轮减速器的减速比1:200,行星齿轮减速箱的减速比可达到1:4500。





附录:


表一)微型直流减速电机类型性能对比:


性能

机械换向(有刷)

电子换向

交流电交变特征换向

类型

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


表二)力矩单位制:


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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