电机控制
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李勇

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直流电机在产品中的应用情况解析

  电机是料理类家电产品中的常用品,对于其性能,很多人和用户一样,停留在多少万转速等宣传信息上。事实上,这只是电机的指标参数之一,还有更多有价值的指标信息应该掌握。
  比如有用户质疑,明明产品标称1300W的搅拌功率,为什么产品里拆换的电机铭牌上标注的是450W呢?是否是产品虚标或是对消费者的虚假宣传?
  直流电机的参数一般在环境温度25℃下测量:
  1.额定电压(VDC):是电机上加载的直流电压,所有电机的额定参数都是在此基础上测得。这个数值一般都是在电机设计之初就确定了。电机允许高于或者低于额定电压一定范围使用,但是高于额定电压,会降低电机的寿命,低于额定电压没有问题。
  2.额定转速(rpm):电机在室温25℃时,在额定电压和额定扭矩下的转速。
  3.额定转矩(mNm/cNm):电机在室温25℃时,额定电压和额定转速下的扭矩,这是电机连续运行(S1工作制)时的最大电流,在持续运行中超过这个电流,会导致电机绕组烧毁。
  4.额定电流(A):电机在室温25℃时, 在额定电压,额定转速和额定扭矩下绕组达到最高允许温度时的电流值。
  5.空载转速(rpm):电机在额定电压下的空载转速,空载转速理论上与电机上施加的电压成正比,我们在破壁机上常见到宣导的就是空载转速。
  6.空载电流(A):在额定电压下空载电机的电流,如果是有刷电机,取决于换向系统摩擦力的大小, 对于其它电机,一般取决于转子的动平衡以及轴承质量的好坏,空载电流是一个综合性的指标,可以从一定程度上反映电机装配质量的高低。
  7.堵转电流(A):是额定电压与电机引线端电阻的比值,堵转电流对应堵转扭矩。
  8.堵转扭矩(mNm/cNm):电机在堵转条件下的扭矩,电机绕组温度的上升会导致堵转扭矩下降,堵转扭矩其实表现为电机的过载能力。
  9.最大效率(%):在额定电压下输入的电功率和输出的机械功率的比值,电机一般并不是都工作在最大效率点。我们产品使用中的实际效率取决于转矩和温度,也就是食材物料的用量情况和电机温升。
  10.电机电阻(Ω):在25℃温度下,电机端子之间的电阻值,并且决定了在给定电压下的堵转电流。对于石墨刷电机,此值与负载有关并且只适用于高电流状态。
  11.电机电感(mH):在电机静止时,施加1kHz正弦信号测量到的绕组电感值。
  12.转矩常数(mNm/A):这个数值对于电机的控制比较重要,是指每在电机绕组上加1A的电流,电机可以输出的扭矩,同理,通过测试到负载端扭矩,也可以推算出此刻电机绕组中的电流。
  13.转速常数(rpm/V):这也是一个重要数据,尤其对于电机控制来说。是指每在电机绕组上加1V的电压,电机的转速可以增加多少,可以精确的在绕组上施加电压来控制电机的转速。我们电路中一般是通过可控硅电路实现的。
  14.最大转速(rpm):这个是考虑到散热以及机械部件而允许的电机最高转速,也是行业内常规宣传中列述的转速。电机在过高的转速下运行,会大大降低电机的寿命,因此禁止高速破壁机空转演示。
  15.最大绕组温度(℃):和电机设计的绝缘等级有关,一般我们破壁机电机设计的绝缘等级是F,那么意味着绕组最高耐温可达155℃。
  由以上电气参数可以看出,电机的运行与环境温度息息相关,高温导致电机散热困难,输出扭矩减小,反之,在低温下运行,电机的散热条件良好,而且电机的磁钢磁性也可增强。所以说电机怕热不怕冷。
  真正了解电机,需要综合各参数去分析,举例说明:
  以下是某一电机测试的性能参数与对应扭矩信息表:
2.jpg
  上表数据说明:
  P1是输入功率,也就是对应产品技术标签中标识的最大搅拌功率;P2是输出功率,也就是对应电机铭牌上的电机额定功率;I是电机线圈电流;n是电机的运转转速;U是电机测试中的接入电压;EFF是指电机效率;
  T是电机转矩数值;
  根据上表数据可绘制电机性能曲线:
2.jpg
  根据以上的曲线,可以直观看到这款电机性能参数和扭矩表现的对应关系。综合分析,可获得这款电机各状态下的具体参数:
2.jpg
  如上表所见,在219V电压、25℃温度的测试环境下,电机最大输入功率是1590W,电机对外输出粉碎的功率近629W;而最大输出是发生在输入功率1334W状态下,此时刀片输出粉碎功率是690W;最大效率也就是最省电状态是输入644W功率时,此时输出功率434W。
  那具体到产品实际应用中的整机最大输入功率和最大输出功率,这与电机的应用设计有关:同样一款电机,在不同机型中,食谱设定容量大、搅拌对流强的情况下,测到的整机搅拌输入功率会高些,反之会低一些。开发定型时,需依据食谱需求和电机选型,调试确定电机的工作时间和强度,同时考虑到市场应用环境中不同电压和使用习惯,尽力保障电机在各功能程序下运行在高效舒适区间,这样才能充分确保电机的使用寿命。
  结 论
  电机设定的额定电流是充分考虑到电机使用寿命情况下,做出的标定。而且按照行业标准,家电产品需要让消费者知悉用电情况,所以标识搅拌时整机最大耗电功率;电机作为机电设备,需要凸显的是性能信息,标识的是输出功率。
  这就是为什么整机搅拌功率是1300W,电机标识额定功率是450W;其对应的工作状态不同,输入输出指标也不同。无论如何,从用户使用角度,一般情况下,同一指标的功率越大的电机,性能越强。
  最后,附注直流电机的两条原理:
  1.直流电机的扭矩和电流成正比;
  2.直流电机的转速和电压成正比;



原作者: 牛哥天天讲

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