زمان راه اندازی یک موتور گشتاور بالای ۱۲ ولت چقدر است؟

سلام دوستان، بیایید به تعقیب و گریز بپردازیم زیرا این یکی از رایج ترین سؤالاتی است که از مهندسان، طراحان محصول و علاقه مندان به صندوق ورودی یا چت ما می پرسم: "زمان راه اندازی یک موتور 12 ولتی با گشتاور بالا چقدر است؟" من مغازه‌ای را اداره می‌کنم که در این موارد تخصص دارد، بنابراین صد بار به این پاسخ پاسخ داده‌ام، اما این یک پاسخ مناسب برای همه نیست - در واقع چیزهای زیادی در زیر کاپوت در جریان است که تعیین می‌کند وقتی سوئیچ را می‌چرخانید، موتور واقعاً با چه سرعتی شروع به چرخش می‌کند. ابتدا اجازه دهید این موضوع را تجزیه کنیم زیرا اگر در حال طراحی یک ربات، یک دروازه خودکار، یا یک دستگاه پزشکی هستید که نیاز به زمان بندی دقیق دارد، حدس زدن زمان راه اندازی می تواند منجر به تاخیر، گیر کردن یا حتی خراب شدن قطعات شود.

بیایید با اصول اولیه شروع کنیم: زمان راه‌اندازی در اینجا چیزی است که ما آن را «زمان تا سرعت امتیاز کامل» می‌نامیم درست است؟ نه در کسری از ثانیه که شروع به انقباض می کند - زیرا آن انقباض فقط یک اصطکاک ثابت است، نه چرخش معنی دار واقعی. برای موتورهای 12 ولتی با گشتاور بالا، این عدد تقریباً هرگز یک مقدار میلی ثانیه ثابت نیست. این به چهار عامل بزرگ بستگی دارد: طراحی موتور، باری که آن را فشار می دهد، منبع تغذیه آن و حتی دمای محیط. بیایید هر کدام را با مثال‌های واقعی از موتورهایی که می‌فروشیم مرور کنیم، زیرا این چیزی است که بیشترین اهمیت را دارد.

اول، طراحی هسته موتور. همه موتورهای 12 ولتی با گشتاور بالا یکسان نیستند—شما موتورهای DC برس خورده، استپرها، موتورهای دنده ای، حتی نسخه های دنده سیاره ای، همه با رفتارهای راه اندازی متفاوت دارید. از پرفروش ترین ما استفاده کنیدموتور 12 ولت با گشتاور بالابه عنوان مثال - این یک موتور دنده ای 22 میلی متری است که با چرخ دنده های فلزی برای تحمل بار بیشتر ساخته شده است. زمان راه اندازی آن است؟ تحت بار سبک (مثلاً 0.1 نیوتن متر گشتاور)، سرعت کامل (حدود 150 دور در دقیقه) را در حدود 20 تا 30 میلی ثانیه می رساند. اما آن را بیشتر فشار دهید - آن را تا 0.5 نیوتن متر بارگذاری کنید، که بار مداوم نامی آن است - و به 50 تا 70 میلی ثانیه می پرد. چرا؟ از آنجا که چرخ دنده های فلزی سنگین تر هستند، بنابراین کمی بیشتر طول می کشد تا برخلاف اینرسی و بار حرکت کنند.

آن را با الف مقایسه کنیدموتور دنده 24 ولتما دارای سری های یکسان هستند، فقط به جای 12 ولت روی 24 ولت کار می کند. راه اندازی آن تقریباً از نظر نسبی یکسان است، اما ولتاژ بالاتر به این معنی است که گشتاور اولیه بیشتری را ارائه می دهد، بنابراین در یک بار معین، چند میلی ثانیه سریعتر از مدل 12 ولت است. صبر کنید، اما اگر برای حرکت گام به گام به دقت بیشتری نیاز دارید چه؟ آنجاست که ماموتور دنده‌ای برقی 22 میلی‌متری پله‌ای/پله‌ای DCاستپرها دارای مزیت منحصر به فرد حرکت در گام‌های ثابت و کوچک هستند، بنابراین زمان راه‌اندازی آن‌ها فقط به سرعت رسیدن نیست، بلکه در مورد زدن دقیق قدم اول است. برای این موتور، زمان راه‌اندازی تا اولین مرحله کامل حدود 15 میلی‌ثانیه است و سرعت آن تا 40 میلی‌ثانیه افزایش می‌یابد، زیرا پالس‌های الکتریکی را با حرکت مکانیکی همگام‌سازی می‌کنید، جایی برای لغزش وجود ندارد.

یکی دیگر از بزرگ: بار. بیایید واقعی باشیم، موتوری که روی یک نیمکت بدون بار نشسته است، خیلی سریعتر از این است که یک درب 10 کیلوگرمی را بچرخانید یا یک بازوی رباتیک را حرکت دهید. اگر از a استفاده می کنیدموتور دنده فلزی DC(گزینه 12 ولت دیگری که داریم) برای قفل درب که فقط باید 2 سانتی متر جابجا شود، بار سبک، راه اندازی ~ 25 میلی ثانیه است. اما اگر از موتور مشابهی برای دروازه‌ای با وزن 20 کیلوگرم استفاده می‌کنید، بار در راه‌اندازی افزایش می‌یابد – در این زمان است که قبل از شروع درست حرکت آن 100+ میلی‌ثانیه را خواهید دید. به این دلیل که گشتاور راه اندازی (گشتاور مورد نیاز برای شکستن اصطکاک استاتیک و چرخاندن چرخ دنده ها) بسیار بیشتر از گشتاور در حال اجرا است، بنابراین موتور باید قبل از اینکه بتواند شتاب بگیرد برای غلبه بر اصطکاک اولیه سخت کار کند.

سپس منبع تغذیه است. اگر موتور 12 ولت خود را با یک باتری 9 ولتی کوچک که تا 12 ولت افزایش می یابد، تغذیه می کنید؟ انتظار راه اندازی سریع نداشته باشید - ولتاژ پایین به معنای جریان کم است، که به معنای گشتاور کم است، بنابراین موتور در امتداد می خزد، شاید 200 میلی ثانیه طول بکشد تا شروع به حرکت کند. اما اگر از یک باتری 12 ولتی LiPo مناسب یا منبع تغذیه تنظیم شده ای استفاده می کنید که بتواند جریان هجومی کافی را ارائه دهد؟ آن وقت است که آن اعداد سریع 20-70 میلی‌ثانیه را دریافت می‌کنید. جریان هجومی در اینجا کلیدی است—موتورها هنگام راه‌اندازی جریان اضافی می‌کشند (این سنبله جریان گذرا است) تا نیروی مغناطیسی ایجاد کند، و اگر منبع تغذیه‌تان نتواند آن اسپک را تحمل کند، ولتاژ کاهش می‌یابد و سرعت راه‌اندازی را کاهش می‌دهد.

دمای محیط به خصوص برای این موتورهای کوچک 12 ولتی یک کارت وحشی است. ما دسته‌ای از موتورهای 12 ولتی خود را با گشتاور بالا در دمای 0 درجه سانتی‌گراد در مقابل 25 درجه سانتی‌گراد آزمایش کردیم - در دمای انجماد، گریس دنده ضخیم‌تر می‌شود، بنابراین اصطکاک استاتیک بیشتر می‌شود، زمان راه‌اندازی 15 تا 20 میلی‌ثانیه می‌پرد. در دمای 40 درجه سانتی گراد، گریس نازک تر است، راه اندازی کمی سریع تر است، شاید 5 میلی ثانیه کمتر از دمای اتاق. اگر پروژه شما در زمستان در فضای باز یا در یک فضای صنعتی داغ قرار دارد، این چیزی است که باید به خاطر بسپارید.

حال، بیایید در مورد اشتباهات رایج مردم در هنگام پرسیدن این سوال صحبت کنیم. بسیاری از طراحان جدید "زمان راه اندازی معمولی" را آنلاین می بینند و از آن برای هر برنامه ای استفاده می کنند، اما این درست نیست. اگر در حال ساخت یک بازوی رباتیک هستید که باید یک شی 5 کیلوگرمی را بردارد، زمان راه اندازی 20 میلی ثانیه ممکن است کافی نباشد - برای حرکت سریع آن بار به گشتاور نیاز دارید و زمان راه اندازی طولانی تر خواهد بود. چند ماه پیش مشتری داشتیم که از یک موتور 12 ولتی ارزان قیمت برای تسمه نقاله استفاده می کرد، فکر می کرد زمان راه اندازی 30 میلی ثانیه است، اما وقتی تسمه 15 کیلوگرمی خود را اضافه کردند، 180 میلی ثانیه طول کشید که خط تولید آنها را مسدود کرد. آنها به ما تغییر مکان دادندموتور 12 ولت با گشتاور بالابا همان بار، 70 میلی ثانیه راه اندازی شد و جم ها متوقف شدند.

صبر کنید، بیایید در مورد مشخصات دقیق صحبت کنیم تا مجبور نباشید حدس بزنید. برای موتور دنده‌ای 12 ولتی استاندارد سری 22 میلی‌متری ما (که در بالا پیوند داده شده است)، داده‌های آزمایشی کامل را منتشر می‌کنیم: در بار نامی (0.5 نیوتن متر)، گشتاور راه‌اندازی 1.2 نیوتن متر، زمان رسیدن به سرعت کامل 50-70 میلی‌ثانیه است. اگر با ما همراه شویدموتور 22 میلی متری برس دار DC(همان خط، نسبت دنده متفاوت)، یک موتور با نسبت بالاتر (که گشتاور بیشتر و حداکثر سرعت کمتری می دهد) در واقع زمان راه اندازی طولانی تری خواهد داشت – زیرا دنده ها بزرگتر و اینرسی بیشتر هستند. یک موتور با نسبت کمتر (سرعت حداکثر سریعتر، گشتاور کمتر) زمان راه اندازی کوتاه تری خواهد داشت، حدود 30-50 میلی ثانیه در همان بار. این یک معامله کلیدی است: گشتاور در مقابل سرعت راه اندازی.

چیز دیگر: زمان راه اندازی در مقابل زمان پاسخ. گاهی مردم اینها را با هم قاطی می کنند. زمان پاسخگویی سرعت واکنش موتور به یک سیگنال (مانند پالس از یک کنترلر) است، در حالی که زمان راه‌اندازی مدت زمانی است که طول می‌کشد تا به سرعت کار پس از آن واکنش اولیه برسد. برای موتورهای پله‌ای، زمان پاسخ‌دهی بسیار سریع است، زیرا شما پالس‌های دقیقی ارسال می‌کنید، اما اگر خیلی سریع از یک آستانه خاص شتاب بگیرید، موتور می‌تواند مراحل را رد کند که همه چیز را به هم می‌ریزد. بنابراین حتی اگر موتور پله‌ای 12 ولت راه‌اندازی پله‌ای 15 میلی‌ثانیه دارد، ممکن است لازم باشد یک زمان شیب‌دار کوچک اضافه کنید تا از افت گام‌ها جلوگیری کنید و زمان کل حرکت را کمی طولانی‌تر کنید - چیزی که همیشه وقتی مشتریان درباره زمان‌بندی کارهای با دقت بالا می‌پرسند به آن اشاره می‌کنیم.

بیایید به زمانی که "زمان راه اندازی سریع" اهمیت دارد نیز توجه کنیم. اگر در حال ساخت یک قفل در هستید که باید کمتر از 100 میلی ثانیه درگیر شود تا احساس پاسخگویی داشته باشد، یک موتور استاندارد کار خواهد کرد. اما اگر در حال ساختن یک پرتابگر پرتابه یا یک دست رباتیک هستید که باید چیزی را بگیرد و در میلی ثانیه حرکت کند، باید به موتورهای براش لس با گشتاور بالا نگاه کنید، نه براش، زیرا بدون براش اینرسی حتی کمتر و راه اندازی سریع تری دارند (ما آن ها را هم داریم، اما این یک پست دیگر است). برای اکثر پروژه های اتوماسیون کوچک و متوسط، موتورهای 12 ولتی با گشتاور بالا که در اختیار ما قرار می گیرد، بی نقص هستند و زمان راه اندازی آنها بسته به بار در محدوده 20 تا 100 میلی ثانیه است.

صبر کنید، متوجه شدم - وقتی در وسط یک طراحی هستید، فقط می خواهید یک عدد به کد یا مدل CAD شما متصل شود. اما بدون دانستن بار و منبع تغذیه نمی توانید به آن دست پیدا کنید. ما دیده‌ایم که مشتریان با تلاش برای به دست آوردن یک عدد میلی‌ثانیه، این موضوع را بیش از حد پیچیده می‌کنند، اما موتورهای واقعی این‌طور کار نمی‌کنند. بهترین راه این است که بار دقیق خود را بردارید، مشخصات موتور مورد نظر خود را بررسی کنید و از داده های تست یک تامین کننده معتبر استفاده کنید (نه بررسی های تصادفی آمازون). مثلا ماموتور 12 ولت با گشتاور بالابرگه مشخصات دارای داده های زمان راه اندازی برای بارهای 0.1، 0.3 و 0.5 نیوتن متر است، بنابراین می توانید عددی را انتخاب کنید که با پروژه شما مطابقت دارد.

همچنین، جریان هجومی را که بر زمان راه اندازی تأثیر می گذارد، فراموش نکنید. اگر موتور شما تحت بار راه اندازی می شود، جریان هجومی می تواند 5 تا 10 برابر جریان نامی باشد، بنابراین منبع تغذیه شما باید آن را مدیریت کند. اگر از منبع تغذیه خیلی کوچک استفاده می کنید، ولتاژ کاهش می یابد که سرعت راه اندازی را کند می کند. ما یک مشتری داشتیم که موتوری را برای یک پمپ پزشکی آزمایش می‌کرد، از منبع تغذیه 1 آمپر استفاده می‌کرد، و راه‌اندازی 120 میلی‌ثانیه بود - به منبع 5 آمپر تغییر کرد، راه‌اندازی به 60 میلی‌ثانیه کاهش یافت، که دقیقاً همان چیزی بود که طراحی آنها نیاز داشت. این یک تغییر کوچک است که تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند، و این چیزی است که بیشتر علاقه‌مندان و حتی برخی مهندسان نادیده می‌گیرند.

حالا بیایید این موضوع را با چیزهای عملی جمع بندی کنیم. اگر در حال تحقیق درباره یک موتور 12 ولتی با گشتاور بالا برای پروژه خود هستید، در اینجا کاری که باید انجام دهید این است: 1) گشتاور بار مورد نیاز و گشتاور راه اندازی را مشخص کنید، 2) آن را با موتوری با نسبت دنده مناسب مطابقت دهید (نسبت بالاتر = گشتاور بیشتر، راه اندازی آهسته تر، نسبت کمتر = منبع تغذیه کمتر در هنگام راه اندازی، مطمئن شوید که جریان برق کمتری در راه اندازی نیاز دارد) راه اندازی و اگر مطمئن نیستید که کدام موتور مناسب است، فقط به سراغتان بروید—ما سال‌ها این کار را انجام می‌دهیم، و همیشه به مردم کمک می‌کنیم موتور مناسب را برای نیازهای زمان‌بندی خود انتخاب کنند، بدون اصطلاحات خاص، بدون فشار.

چه در حال ساخت یک ربات کوچک برای مسابقه باشید، چه یک نوار نقاله خودکار برای یک انبار یا یک دستگاه پزشکی سفارشی، دانستن زمان راه اندازی موتور 12 ولتی با گشتاور بالا برای اجرای نرم پروژه شما بسیار مهم است. این عدد ثابت نیست، اما با مشخصات مناسب و تنظیم برق مناسب، می‌توانید زمان مورد نیاز خود را مشخص کنید. اگر می‌خواهید خط کامل موتورهای دنده‌ای ما را بررسی کنید—از ماموتور 12 ولت با گشتاور بالابه ماموتور دنده 24 ولت، موتورهای پله ای مانندموتور دنده‌ای برقی 22 میلی‌متری پله‌ای/پله‌ای DC، موتورهای برس خورده مانندموتور 22 میلی متری برس دار DC، یا گزینه های همه منظوره مانندموتور دنده فلزی DC— ما در مورد همه آنها داده‌هایی داریم، و اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم برای نیازهای زمان راه‌اندازی خود، مورد مناسب را انتخاب کنید.

مراجع:

1. مشخصات موتور صنعتی و استانداردهای عملکرد، انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA)، 2022
2. تجزیه و تحلیل زمان راه اندازی موتور گیربکس کوچک DC، گزارش کاربرد تگزاس اینسترومنتز، SLVA872، 2021
3. اثرات حرارتی و بار بر عملکرد موتور الکتریکی، استاندارد کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) 60034-2، 2020
4. محاسبه جریان هجوم موتور دنده و گشتاور راه اندازی، یادداشت فنی مهندسی کنترل حرکت، 2023