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作者:an888    发布于:2025-11-21 11:50   

  普通三相异步刹车电机(以下简称 “普通刹车电机”)难以实现频繁启停,核心原因在于其电机本体、刹车结构及散热设计均未针对高频次动作优化,频繁操作会导致性能失效甚至部件损坏。具体原因如下:

  普通刹车电机的刹车多为电磁制动式(断电制动、通电释放),其结构和原理决定了无法适应高频次动作:

  释放时:需电磁线圈通电产生磁场,克服弹簧弹力推开刹车片,此过程存在毫秒级延迟(通常 50-200ms);

  制动时:线圈断电,弹簧力推动刹车片与制动轮贴合,依赖机械摩擦制动,冲击载荷大。

  频繁启停时,延迟会导致 “启停不同步”(如电机已启动但刹车未完全释放,或电机未停稳刹车已抱紧),引发额外摩擦和冲击。

  普通刹车的刹车片多为树脂基或半金属材料,制动轮为铸铁或钢质,二者通过摩擦产生制动力。

  频繁摩擦会导致刹车片温度骤升(单次制动温度可达 100-300℃,频繁操作累计温度更高),造成刹车片碳化、硬度下降,摩擦系数急剧降低(俗称 “热衰减”);

  制动轮表面因高频摩擦会出现沟槽、龟裂,甚至因热应力变形,导致制动间隙变大、制动效果失效。

  电磁刹车的线圈需在电机启动时同步通电(释放刹车),频繁启停意味着线圈高频次通断电:

  每次启动时,线圈会产生冲击电流(约为额定电流的 5-10 倍),频繁冲击会导致线圈绝缘层老化、短路;

  线圈散热依赖自然冷却(普通电机无强制散热设计),高频通电时热量无法及时散发,易因过热烧毁。

  在三相异步电机启动时,转子转速为零,定子绕组的感抗非常小,因此会产生约为额定电流5-7倍的启动电流(例如,10kW电机的启动电流可超过100A)。

  在频繁启停过程中,大电流反复冲击绕组,导致铜损急剧增加(热量与电流的平方成正比)。绕组温度迅速超过绝缘等级(普通电机多为 B 级或 F 级,允许的最高温度为 130-155℃),最终导致绝缘击穿并烧毁。

  当电机启动时,转子从静止加速至额定转速的过程中会产生机械冲击,特别是在带负载启动时。频繁的启停操作会导致以下问题:

  转子轴与刹车制动轮的连接部位(例如键槽、联轴器)因反复的扭矩冲击而产生形变或断裂。

  普通刹车电机的散热主要依赖自然冷却(通过机壳散热片)或风扇强制冷却(仅在电机轴转动时工作),但在频繁启停的情况下,散热效率显著不足:

  刹车片与制动轮之间的摩擦是主要的热源(占总热量的 60% 以上)。普通刹车系统缺乏专门的散热结构(如散热风道或水冷套),因此热量只能通过刹车端盖缓慢传导至机壳。

  在频繁制动的情况下,热量无法及时散逸,刹车片的温度可能上升至300℃以上,导致摩擦系数下降(即热衰减),甚至可能引发“刹车抱死”或“制动失效”。

  电机绕组的热量主要在启动阶段产生,因为启动电流较大。然而,在频繁启停的情况下,这一问题尤为显著。

  若启停间隔极短(例如在 10 秒内多次启停),风扇(如配备)因电机未能达到额定转速,导致散热风量不足,从而进一步加剧过热现象。

  普通刹车电机的控制多采用简单的继电器逻辑(通过通断电源直接控制电机与刹车),缺乏针对频繁启停的保护设计:

  无“软启动/软制动”功能:启动时直接全压供电,制动时瞬间停止,电流和扭矩冲击较大;

  缺乏实时监测:无温度传感器(用于监测刹车和绕组温度)、无电流反馈,无法在高频操作时触发保护措施(如过热停机和过流断电),容易因超限导致部件损坏。

  专为频繁启停设计的电机(如伺服刹车电机和高频制动电机)通过以下优化措施解决了上述问题:

  刹车系统:采用耐高温的陶瓷刹车片、增强绝缘的电磁线圈(以抵御冲击电流)以及增设的散热风道;

  电机本体:具备高绝缘等级(H级及以上)、短启动时间设计(低转子惯性)、配备强制水冷/油冷;

  控制系统:软启动/软制动(实现平滑电流过渡)、实时温度/电流监测(提供超限保护)。

  普通三相异步刹车电机的设计目标是适用于中低频率的启停操作及稳定制动(例如每天数十次启停)。其刹车响应速度、散热能力和机械强度均无法承受高频次(每分钟数十次以上)的启停冲击。如果强行频繁使用,可能会导致刹车失效、电机过热烧毁以及机械部件加速磨损,最终引发设备故障。因此,在高频次启停的应用场景中,应选择专用的高频制动电机或伺服系统。