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2021.09.08 电机

电机中通过最大电流的条件是什么?

专栏

在使用了电机的应用中,在确定电机驱动器IC的能力和电源规格时,需要先知道流过电机的最大电流会有多少。指定的稳态条件下的最大电流可以从电机规格书中获取,但在实际使用中,除了稳态正转和反转外,还存在启动、停止(制动)等瞬态工作条件。本文中将探讨电机中流过最大电流的条件。

有刷直流电机中通过最大电流的条件是什么?

在有刷直流电机的工作过程中,在什么条件和状态下电机电流达到最大?

在电机工作时,在某一方向没有负载且以最大转速旋转的状态下,瞬间使之反转时,电机中将流过最大电流。图1为有刷直流电机的等效电路图,图2为有刷直流电机以最大转速旋转时,使电源极性反转前后的等效电路图。

ブラシ付きDCモータの等価回路

ブラシ付きDCモータの最大回転数で電源の向きを入れ替えた時の等価回路

有刷直流电机可以等效地表示为电阻、电感和电机发电电压的串联电路。当电机沿某一方向旋转且无负载且转速最大时,电机的发电电压也最大,设该值为Ecmax(参见图2-(a))。要从该状态向相反方向旋转(反转),就需要将电源的极性反接到电机(参见图2-(b))。

此时,电源电压和发电电压之和,被施加到电机的电阻和电感的串联电路上。因此,会流过电机工作中最大的电流。此时的电流变化如图3中蓝线所示。

ブラシ付きDCモータを最大回転数時に逆転させた場合の電流と角速度の過渡波形の例

在纵向的黑色虚线中电源极性反转的时间点,电机电流急剧上升。如果设最大电流为Ipk(蓝色虚线),则从直流的角度看,应该流过Ipk=(Ea+Ecmax)/R的电流,但受电感量影响,在电流上升时产生时间常数,电流的上升虽然急剧但具有一定的斜率,因此实际的峰值电流将不会达到公式所示的最大值。

当使电机的电源极性反转时,会流过反向电流,相对于之前方向的旋转,会有使电机反向旋转的转矩作用,因此转速会下降。由于电机的发电电压与转速成正比,因此发电电压也会降低,流过电机的电流也会减小(由角速度过零处的红色虚线分隔的正转区域)。

综上所述,有刷电机的最大电流发生于从最大转速时切换到反向旋转的瞬间之后一点的时间(时间常数)。

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