12V 或 24V 直流电机？探索电压对电机性能的影响？

蔡嘉明2023年4月20日

直流电机的电压是多少？

如何比较 12V 和 24V 直流电机？首先我们必须知道电机的电压是指电源输入的电位差。也称为工作电压或电源电压。在电机的额定电压范围内，电压是驱动电机转子旋转的主要因素。

一般来说，电机的额定电压是指电机设计时规定的电源电压范围，在这个电压范围内电机能正常运转，输出额定功率。如果超出额定电压范围，电机就会超载运行，长期超负荷运行会导致电机过热，损坏电机内部的线圈。

直流电机额定电压

电压设计： DONCEN在设计时会计算额定电压范围直流电机额定电压的设计需考虑电机的额定功率、额定转速、漆包线的耐热等级等，同时短时间过载使用也应考虑在设计范围内。

电压范围测试： 根据电机设计参数，进行电机的负载试验，可以确定电机的额定电压范围。

12V 或 24V 直流电机？电压对电机性能有何影响？

基本假设

12V 额定电流： 1A
12V 时的额定扭矩： 2毫牛·米
12V 时的额定转速： 3000 转/分
12V 电压： 12伏

速度与电压成正比：

$$
N \propto V
$$
因此：
$$
N_{24V} = 2 \times N_{12V}
$$

扭矩与电流成正比：

$$
T \propto I
$$
由于负载保持不变：
$$
我_{24V} = 我_{12V}
$$

功率计算：

$$
P = T \times \omega
$$
在哪里：
$$
\omega = \frac{2\pi N}{60}
$$

计算参数

额定功率计算

12V时：

$$
P_{12V} = 0.002 \times \frac{2\pi \times 3000}{60}
$$
$$
P_{12V} = 0.002 \times 314.16 = 0.628W
$$

24V时：

$$
P_{24V} = 0.002 \times \frac{2\pi \times 6000}{60}
$$
$$
P_{24V} = 0.002 \times 628.32 = 2.512W
$$

因此， 电压升高时功率加倍 从 12V 至 24V.

最终比较表

范围	12伏	24伏	改变
额定电压	12伏	24伏	2×
额定速度	3000 转/分	6000 转/分	2×
额定电流	1A	1A	没有变化
额定扭矩	2毫牛·米	2毫牛·米	没有变化
额定功率	0.628瓦	2.512瓦	4×

结论

额定速度加倍 当电压增加时。
额定电流保持不变 对于相同的扭矩负载。
额定扭矩保持不变 因为它取决于电流。
额定功率加倍 随着速度的增加而扭矩保持不变。

关键方程式

$$
N_{24V} = 2 \times N_{12V}
$$

$$
P_{24V} = 2 \乘以 P_{12V}
$$

$$
T_{24V} = T_{12V}
$$

$$
我_{24V} = 我_{12V}
$$

PG36555 24V 与 12V 测试报告

微型直流电机常用的电压一般为12V或者24V，因此我们选择这两个参数作为电压比较。

我们选择 PG36555 24V 额定转速 6000 齿轮比 1:50.9K 以电机为例。我们将对同一台电机在 12V 和 24V 下进行电机测试。

结果如下：

PG36555 电机：实际与理论性能分析

测试数据 12V 和 24V 的 PG36555 电机 与理论预期存在一些偏差。以下是 简单分解 差异及其背后的原因。

范围	12V（测量值）	24V（测量值）
电压（V）	12伏	24伏
速度 (转/分)	45.4	103.5
电流（安培）	0.72A	0.858A
功率 (W)	2.855瓦	9.751瓦
扭矩（牛米）	0.6牛米	0.9牛米

1. 速度扩展（略高于预期）

理论： 速度应该 双倍的 带电压 →

$$
N_{24V} = 2 \times N_{12V}
$$

实际的： 速度增加 2.28× 而非 2×

🔹 为什么？
✅ 降低负载扭矩允许稍高的速度。
✅ 24V 时电枢电阻下降较低。

2. 功率扩展（低于预期）

理论： 权力应该 增加4倍 →

$$
P_{24V} = 4 \乘以 P_{12V}
$$

实际的： 功率增加 3.42× 而不是 4×

🔹 为什么？
⚠️ 增加铁损（涡流和磁滞）在更高的速度下。
⚠️ 更高 风阻和摩擦损失 在电机和变速箱中。

3. 当前扩展（略高于预期）

理论： 当前应该 保持不变 →

$$
我_{24V} = 我_{12V}
$$

实际的： 电流增大 1.19× 而非 1×

🔹 为什么？
⚠️ 更多 铁芯损耗 24V 时需要额外电流。
⚠️ 其他 摩擦力和空气阻力 在系统中。

4. 扭矩缩放（高于预期）

理论： 扭矩应 保持不变 →

$$
T_{24V} = T_{12V}
$$

实际的： 扭矩增加 1.5× 而非 1×

🔹 为什么？
✅ 24V 时效率更高意味着 更好的功率到扭矩转换.
非线性负载行为可能 更高速度下需要更多扭矩.

5. 24V 时的效率提升

电压	电机效率
12伏	33%
24伏	47%

🔹 为什么？
✅ 更少 24V 时铜损与总功率的关系.
✅ 更好 扭矩电流比.
⚠️但是 铁损增加，限制了效率的提高。

结论：真实数据为何不同？

期待	真实数据	为什么会有差异？
速度 2×2×2×	2.28×	降低负载扭矩，降低IRIR下降。
力量 4×4×4×	3.42×	铁损、摩擦损、风损。
当前的 1×1×1×	1.19×	额外的铁芯损耗。
扭矩 1×1×1×	1.5×	效率更高，可能的负载变化。