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用公式来计算微型电机的发热量


随着各种电子产品的普及,各种电子产品已经在日常生活当中极为常见,像电子锁、电动牙刷、电动剃须刀、电动工具等等。当然这些都是要靠一个微型电机来驱动的。


微型电机在应用可能会出现电机发烫的问题,有的人可能会有疑问,那么小的微型电机怎么还会发烫?温度从哪里来?会不会烧掉电机/产品?等等。


 tf电机?


大家先了解下什么是微型电机的温升:微型电机的温升来源于电机中的损耗功率,其中铁损和机械损耗及其他损耗都是固定不变的,只有铜损是随着负载变化的,这个也叫做可变损耗。微型电机单位时间内的发热量用cal/s表示。


下面大家来看一个公式


Qm=0.24△Pe


公式中的0.24是电功率换算成热功率的电热常量,单位为cal/J;


△Pe是微型电机中的损耗功率,单位为W或者J/S。


假设,一个额定功率为10kW的大电机,效率为90%,微型电机功率损耗为10kW(100%~90%)=1kW,那么转换成热损耗功率为Qm=0.24×1×1000=240cal/s


可以看出功率稍微大一点的直流电机,发热量是不可轻视的,微型电机发热时,一部分热量用于本身温升,一部分热量散发到周围环境中,温升越高散热也就越多,正常运转中的微型电机负荷都是稳定的,周围环境温度也是不变的,随着微型电机温升,大家可以根据微电机热平衡方程式:C/A×dT/dt+T=Q/A来计算


C为微型电机的热容量;


A为微型电机的散热系数,就是微电机与周围介质温度相差1℃时,每秒钟向周围介质散发的热量;


dT为在时间内温升的增量;


T为微型电机的温升,马达温度高于环境的温度值;


Q为微型电机在单位时间内散发出来的热量。


这样,Qdt是在dt时间内电机的发热量,CdT是在dt时间内电机温升到dT时所需热量,ATdt是在同一dt时间内的向周围介质的散热量。


显然Qdt=CdT+ATdt  


这就是电机热平衡方程式,整理得:C/A×dT/dt+T= Q/A


M=C/A 为发热时间常数,其单位为s,微型电机的M值一般为0.5h,大型电机的M值一般为3~4h;


Tw=Q/A 为稳态温升


则平衡方程式为:MdT/dt+T=Tw这是一个标准的一阶微分方程,其解为:T=Tw(1-e-1M)+TQe-1/M,TQ为初始温升,即t=0时的温升,按照此式可以画出微型电机温升曲线如下图:


微型电机温升图 


电机的温升曲线图表明,电机的温升是有一段过程的。该温升过程是指数曲线,其物理意义是,开始运行时,由于T较小,散热少,大部分热被电机吸取,所以温升快;过一段时间后,T变大了,散热增多,温升变慢;直到散热量等于发热量时,即A×T×dt=Q×dt,当dT=0时,温升不再增长,温度(Tw=Q/A)也就稳定了。


也就是说微型电机只要是正常温升,微型电机是能保证正常运转的,所以微型电机不但会有温升,而且有温升是正常的,只要有电能就会产生热能,有热能就会产生损耗,只要是温升不超过额定限值,微型电机就会会出现问题。



以下几种情况会造成异常温升


1)微型电机有过超温运行史,造成了绝缘老化,绝缘电阻境地;


2)因环境潮湿使绝缘电阻降低;


3)超负荷运转;


4)工作电压过高或者过低;


5)微型电机工作环境温度过高,使微电机产生的热能无法散发。



温升过高会导致微型电机缩短寿命或者直接烧毁微型电机,所以在使用微型电机时需考虑以上几点因素导致的温升过高。

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