有刷直流电机的转矩负载、转速、电机电流之间的关系

本文将以有刷直流电机为例,探讨有刷直流电机的转矩负载、有刷直流电机的转速、有刷直流电机的电机电流之间的关系。

转矩负载、转速、电机电流之间的关系

有刷直流电机的转矩负载、转速、电机电流的关系为:当转矩负载为零时,电机以最大转速旋转,当施加转矩负载时,转速会与转矩负载的大小成反比下降;当转矩负载为零时,电机电流最小,电机电流会与转矩负载成比例地增加,当转速为零时,电机电流最大。

基于有刷直流电机连接电源后的等效电路,各关系用公式来表示如下。

Ea:电源电压
Ia:电机电流
R:电机的等效电阻
L:电机的等效电感
Ec:电机的发电电压

在该等效电路中的DC关系为:

Ea=Ia×R+Ec ……(1)

另外,由于电机的发电电压Ec与转速成反比,因此可以表达为:

Ec=Ke×N ……(2)      ※N:转速 [rpm],Ke:反电动势常数 [V/rpm]

此外,由于电机转矩T [N・m]与电机电流成反比,因此可以表达为:

T=Kt×Ia ……(3)      ※Kt:转矩常数 [N・m/A]

将公式(1)~(3)代入,整理后导出转速N和转矩T之间的关系:

N=Ea/Ke-R/(Kt×Ke)×T ……(4)

将公式(4)中转速N与转矩T之间的关系(T-N特征)和公式(3)中转矩T与电流I之间的关系(T-I特性),绘图表示如下:

T-N特征

当对电机的负载转矩为零时,转速最大;当负载转矩逐渐增加时,转速与负载转矩成比例地降低,并在某一负载转矩时转速变为零。这个点的转矩就是最大负载转矩。

电机电流与负载转矩成反比增加,当转速变为零时,负载转矩最大。

在实际的电机中,即使在无负载状态下,由于电机本身的摩擦等,也可能被施加轻微的电机负载转矩,因此,即使是电机最大转速时,电流也不会变为零,而是在实线的框内。如果是在理想状态下,电机负载转矩能够变为零的话,则会呈现虚线的特性。

当电源电压提高时,T-N特性将会向右上方平行移动,最大转速和最大负载转矩增加。对于T-I特性来说,最大电流值会增加。

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