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    用公式來計算微型電機的發熱量


    隨著各種電子產品的普及,各種電子產品已經在日常生活當中極為常見,像電子鎖、電動牙刷、電動剃須刀、電動工具等等。當然這些都是要靠一個微型電機來驅動的。


    微型電機在應用可能會出現電機發燙的問題,有的人可能會有疑問,那么小的微型電機怎么還會發燙?溫度從哪里來?會不會燒掉電機/產品?等等。


     tf電機?


    我們先了解下什么是微型電機的溫升:微型電機的溫升來源于電機中的損耗功率,其中鐵損和機械損耗及其他損耗都是固定不變的,只有銅損是隨著負載變化的,這個也叫做可變損耗。微型電機單位時間內的發熱量用cal/s表示。


    下面我們來看一個公式


    Qm=0.24△Pe


    公式中的0.24是電功率換算成熱功率的電熱常量,單位為cal/J;


    △Pe是微型電機中的損耗功率,單位為W或者J/S。


    假設,一個額定功率為10kW的大電機,效率為90%,微型電機功率損耗為10kW(100%~90%)=1kW,那么轉換成熱損耗功率為Qm=0.24×1×1000=240cal/s


    可以看出功率稍微大一點的直流電機,發熱量是不可輕視的,微型電機發熱時,一部分熱量用于本身溫升,一部分熱量散發到周圍環境中,溫升越高散熱也就越多,正常運轉中的微型電機負荷都是穩定的,周圍環境溫度也是不變的,隨著微型電機溫升,我們可以根據微電機熱平衡方程式:C/A×dT/dt+T=Q/A來計算


    C為微型電機的熱容量;


    A為微型電機的散熱系數,就是微電機與周圍介質溫度相差1℃時,每秒鐘向周圍介質散發的熱量;


    dT為在時間內溫升的增量;


    T為微型電機的溫升,馬達溫度高于環境的溫度值;


    Q為微型電機在單位時間內散發出來的熱量。


    這樣,Qdt是在dt時間內電機的發熱量,CdT是在dt時間內電機溫升到dT時所需熱量,ATdt是在同一dt時間內的向周圍介質的散熱量。


    顯然Qdt=CdT+ATdt  


    這就是電機熱平衡方程式,整理得:C/A×dT/dt+T= Q/A


    M=C/A 為發熱時間常數,其單位為s,微型電機的M值一般為0.5h,大型電機的M值一般為3~4h;


    Tw=Q/A 為穩態溫升


    則平衡方程式為:MdT/dt+T=Tw這是一個標準的一階微分方程,其解為:T=Tw(1-e-1M)+TQe-1/M,TQ為初始溫升,即t=0時的溫升,按照此式可以畫出微型電機溫升曲線如下圖:


    微型電機溫升圖 


    電機的溫升曲線圖表明,電機的溫升是有一段過程的。該溫升過程是指數曲線,其物理意義是,開始運行時,由于T較小,散熱少,大部分熱被電機吸收,所以溫升快;過一段時間后,T變大了,散熱增多,溫升變慢;直到散熱量等于發熱量時,即A×T×dt=Q×dt,當dT=0時,溫升不再增長,溫度(Tw=Q/A)也就穩定了。


    也就是說微型電機只要是正常溫升,微型電機是能保證正常運轉的,所以微型電機不但會有溫升,而且有溫升是正常的,只要有電能就會產生熱能,有熱能就會產生損耗,只要是溫升不超過額定限值,微型電機就會會出現問題。



    以下幾種情況會造成異常溫升


    1)微型電機有過超溫運行史,造成了絕緣老化,絕緣電阻境地;


    2)因環境潮濕使絕緣電阻降低;


    3)超負荷運轉;


    4)工作電壓過高或者過低;


    5)微型電機工作環境溫度過高,使微電機產生的熱能無法散發。



    溫升過高會導致微型電機縮短壽命或者直接燒毀微型電機,所以在使用微型電機時需考慮以上幾點因素導致的溫升過高。

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