電動工具的特性曲線

1、第一章電動工具的特性曲線概述：在新產(chǎn)品投產(chǎn)前，除有安規(guī)報告外，研發(fā)工程師必須要有溫升，特性曲線，電磁兼容（歐洲產(chǎn)品），模擬壽命，實用性壽命等 5個檢測報告.本文講介的是容易忽略的特性曲線.我們在評估電動工具的品質(zhì)時，有人往往只評估溫升報告中樣 機(jī)的效率，機(jī)械特性等性能.這是片面的.因為電動工具在實際使用時 不是工作在所謂的額定點上，而是工作在一個區(qū)域（最常用的是0.5 -1.5倍的額定輸入功率的區(qū)域）,評估電動工具的特性曲線共有 6 條，是以轉(zhuǎn)矩為橫坐標(biāo)，轉(zhuǎn)速，功率因素，效率，輸入功率，電流，輸出功 率為縱坐標(biāo)的曲線，它們完整的描述了電動工具從起動一負(fù)載一過 載一堵轉(zhuǎn)一仃機(jī)完整的工作狀態(tài)和周期

2、，反映了產(chǎn)品的性能和特點。.測試方法注意點：（1）測試6條曲線時應(yīng)選擇合適的步距（M）.功率有大小，但是應(yīng) 有相同的比例，曲線有可比性。并盡可能把曲線做完整._（2）特性曲線應(yīng)在溫升試驗后進(jìn)行，否則會造成較大的誤差.另一 方面，溫升試驗中的相應(yīng)參數(shù)應(yīng)和特性曲線上相應(yīng)的工作點吻合.如果是有工作機(jī)構(gòu)一起做試驗，試驗結(jié)果反映了整個產(chǎn)品的特 性，如果單是電機(jī)試驗，試驗結(jié)果只反映了電機(jī)的特性.國內(nèi)外樣機(jī)進(jìn)行特性曲線比較時必需在相同的條件下，如果 國外樣機(jī)是冷態(tài)，我司的樣機(jī)是熱態(tài)，這要吃虧的。工具用的電機(jī)有串激電機(jī)，永磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī).三種特性曲線如下:1）用串激電機(jī)的工具2）用永磁電機(jī)的工具1U Win

3、(A)(V)(W)12.0 500 2000Woufi.nP.FfW) (r/nur(%1200 40001001.0WB 45D160010W 36009009II,u、i-H.一1_rRp.fSg.640D 1GDDLZ3 a UJULrOUU,BS.435D 14DDNB40 2BDD 7D 0.7一1_-/產(chǎn), - -wf 士上了720 2400600.63uD 1200_ -*1J/X/rJ ,ni Annr1-6002000500.50 口口 1OOU/夕/Az- /廣uJ巳/480160040044.t5 dUU qVUJ/2.410D400/ /240 BQD2D 0.2125

4、0 NOD/120400ID 0.1/ /J0.D00/DD00.0S.D0.D1.020FIN ml3.040*說明：上述的試驗電機(jī)是交流整流后的直流電機(jī)3）用感應(yīng)電機(jī)的工具12酈歐款清洗機(jī)(銅線)3# 電機(jī)負(fù)載特性曲線圖序列號:TIMWOISTPMI酊3SMS0M31502no28M24OD24SG21C02100180017M150014M12M105Owa730600330300CiV)：JL二盟1S2156Coe ifT# iii TTTT t rrnr 次齊1 1 1 mu TT*T r 由行1!_L.111 L_l-.11 1 r i iTrr- ITT T ：22：CI： ii

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10、_ LJ J .Hr J J-L 1 h 1 dLl JJLL.I ii h i.3IL_1-53= LI. J.-L J. J -1-3，、.J.JL.L X.PJ_L1nJ i. i ai ri 1 kh j ri hfc 1 i iii h i i lieiiii01.4.2-S425.67.012.611. 28. 118n匍10090so0GO501002010Co1中電Ik：i0.9 IV)1.00CL 9001 so&n01 co0l5O0L L001 300 ：00.10MA- O.iiOLa)j*: 2988電詼：2595 (A)明阜博河:0.5JOMMfl 76, M轉(zhuǎn)電：

11、1. 36 S.tl) jf :出口電用：13B3 (A)幅出功率:93S.29 T：動率因如:0. 993事人陽用點：瓜羽配前聶運(yùn):2 J 32 rpiL;4M： ILIM (A)期出功率：14tfi-51 (I)叱豐岡年0 901人曲功串點：UM.Wl轉(zhuǎn)也：5lioS X.i)我速.t擰1 rptt】Ffc.- 10,100 (A)動；卓忖酸：0. 9S3操作者：轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性：n=F (M)機(jī)械特性系數(shù)I=n/n 0式中： n -一工具的負(fù)載轉(zhuǎn)速no 工具的空載轉(zhuǎn)速1 .單相串激電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性本質(zhì)上是軟機(jī)械特性(電源頻率對轉(zhuǎn)速的影響不大)，電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載的增大而明顯的下降(如

12、圖) (1)這種軟的機(jī)械特性對某些電動工具恰好能起到轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)的作用，如：鏈鋸在鋸大直徑木材時負(fù)載大，轉(zhuǎn)速自動會低.在鋸小 直徑木材時負(fù)載小，轉(zhuǎn)速自動會高.機(jī)械特性系數(shù)1=0.6 0.65.(2)為了提高工作效率，要求機(jī)械特性硬的園林類，砂磨類，切割 類工具，機(jī)械特性系數(shù)1=0.650.75.(3)提高串激電機(jī)機(jī)械特性系數(shù)的方法：1）把電機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，要電源線和電機(jī)之間加衡轉(zhuǎn)速 電子裝置，在轉(zhuǎn)子的換向器端加磁性或光電傳感器（通過電流反饋， 速度反饋），機(jī)械特性系數(shù)可達(dá)1=0.85 0.95.2）提高電機(jī)的安匝比8W/N,電機(jī)磁路設(shè)計比較飽和（會影響電 機(jī)的效率）。軟特性 8W/N=

13、1.051.30 硬特性 8W/N=1.30 1.45.3）采用風(fēng)壓流量大，葉片較多的風(fēng)葉和風(fēng)阻小的風(fēng)路.4）鐵芯和額定功率較大的電機(jī)，機(jī)械特性系數(shù)大,鐵芯和額定功 率較小的電機(jī)，機(jī)械特性系數(shù)小.5）工具采用機(jī)械傳動中速比較大的產(chǎn)品。我們在評估電動工具的特性曲線時應(yīng)注意1.2和1.5倍額定功率時的機(jī)械特性系數(shù)和最大效率時的機(jī)械特性系數(shù).永磁電機(jī)的機(jī)械特性系數(shù)1=0.750.85比串激電機(jī)硬,比感應(yīng)電機(jī)軟.感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械特性系數(shù)1=0.850.98,具有硬機(jī)械特性的特點.功率因數(shù)曲線COS e =F （M）（如圖4）功率因數(shù)與電網(wǎng)的傳輸效率和電網(wǎng)的利用率相關(guān),因而提高功率因素是低碳的要求.功率因

14、素cose =p1/ui式中:p 1-輸入功率u 輸入電壓,I 負(fù)載電流功率因數(shù)是電壓和電流之間角度的余弦（注意實驗室的試驗數(shù)據(jù)，應(yīng)基本符合相關(guān)的公式）.串激電機(jī)的功率因數(shù)一般從 0.9到0.96 , （1）81及以上的沖片為0.92至U 0.94 , （1）73沖片為0.94至U 0.95 ,小65及以下的沖片為0.95到0.96。隨著轉(zhuǎn)矩的增加輸入電流增加，磁場的飽和程 度增加，轉(zhuǎn)速下降。如果功率因數(shù)異常的低，應(yīng)考慮是否漏磁和 電機(jī)的電氣間隙太大.永磁電機(jī)的電壓和電流相位相同，COS8=1.感應(yīng)電機(jī)在起動時在電容的作用下，電壓和電流錯開相位，功 率因素很小，隨負(fù)載的增加電壓和電流之間夾角變

15、小，功率因素變 大，在額定負(fù)載時可達(dá)0.60.75，過載時可達(dá)0.95 0.99.效率曲線n = F (M)(如圖5)電動工具的效率=F2/Pi= (R-EP) /Pi以串激電機(jī)為例，電動工具的效率一般從0.45到0.75.按損耗的大小次序分介：(1)繞組電阻損耗：定轉(zhuǎn)子電磁線電阻損耗，導(dǎo)線的電阻率(公式)， 占總損耗的40%,鋁線的電阻率大，損耗比銅線大.(2)風(fēng)磨耗：風(fēng)扇的型式，外徑，寬度和曲率。有的經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品為了 節(jié)約材料資源，增大風(fēng)扇的外徑，寬度和曲率，效率會下降，占總損耗 的 35%.(3)傳動損耗：齒輪，皮帶輪的傳動損耗，有往復(fù)機(jī)構(gòu)(修枝機(jī)，往復(fù) 鋸，鏈鋸等)和多級變速的電動工具傳

16、動損耗較大，軸承的磨擦損耗， 有時機(jī)殼等結(jié)構(gòu)的精度對機(jī)械損耗的影響很大。傳動損耗占總損耗的 15%。(4)鐵耗：鐵芯渦流損耗和磁滯損耗，它的大小和矽鋼片的質(zhì)量有關(guān)。占總損耗的10%。(5)換向損耗：換向損耗和磨擦損耗。占總損耗的 3%。(6)電路損耗：電纜線，電容，電感，內(nèi)接線等損耗，占總損耗的2%。(7)其它損耗：工具的振動，測功器的偏心，輔助測功的機(jī)械變速 系統(tǒng)，如果控制不好，附加損耗較大，會影響試驗的正確性.電動工具效率曲線的分析曲線描述：在轉(zhuǎn)矩較小的時候，轉(zhuǎn)速較高，電流密度低，風(fēng)摩耗 為主要損耗，效率較低。隨著轉(zhuǎn)矩的增加，銅耗和鐵耗增加，風(fēng)摩 耗下降，效率上升，一直到效率的最大值。轉(zhuǎn)矩

17、繼續(xù)增加，由于銅 耗和鐵耗的快速增加和轉(zhuǎn)速的下降使效率下降，在電動工具產(chǎn)生制 動的時候，效率為00我們在判定電動工具質(zhì)量的時候，效率曲線 是一個主要的項目，它直接影響到工件的加工效率和能耗。(1)電機(jī)設(shè)計時，相同的鐵芯，最大效率的高低和確定的額定輸入功 率值的大小有關(guān)，為了商業(yè)效益額定輸入功率值取得大，效率就低, 按額定功率考核的工具壽命就短(例如采用槽滿率低的空心轉(zhuǎn)子)。 相反，額定輸入功率值取得小，效率就高，壽命就長(例如采用槽滿 率高的實心轉(zhuǎn)子)，這是人為的因素。(2)在電機(jī)單位重量功率比的基礎(chǔ)上比較效率特性，轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特 性，轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的匹配，傳動機(jī)械結(jié)構(gòu)等綜合效應(yīng)是設(shè)計的目 標(biāo)，

18、這會明顯體現(xiàn)在工況試驗和作業(yè)效率上。工具的試驗效率曲線上值不等效作業(yè)效率(有時會降低試驗效率 的值，提高作業(yè)效率)(3)鏈鋸,修枝機(jī)和割草機(jī)額定效率的工作點應(yīng)在最大效率點的左 面，且離最大效率點較遠(yuǎn)，超過額定功率工作時效率會越來越高，過 載能力強(qiáng)。我們不應(yīng)該在額定功率點判定它的轉(zhuǎn)矩和效率，應(yīng)考核 它的最大效率和最大效率時的轉(zhuǎn)矩和輸出功率。(4)吹風(fēng)機(jī)，吹吸機(jī)，打草機(jī)，空壓機(jī)和清洗機(jī)的額定的工作點應(yīng)在最大效率點的附近。(5)效率曲線在達(dá)到最大值后，曲線應(yīng)緩慢地下降，越下降慢過載能 力越強(qiáng)，因而不但要比較最大效率的大小，還應(yīng)比較在0.51.5倍額 定輸入功率的區(qū)域內(nèi)，曲線包含面積的大小.(6)提升電機(jī)的效率是電機(jī)工程師的重要任務(wù)，但是應(yīng)做好下面的平衡：1)增加用銅和用鐵量提升電機(jī)的效率，應(yīng)平衡資源消耗和電能 消耗的關(guān)系。2)提高電動工具