CN112688619A - 一种电机堵转保护的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机堵转保护的控制方法,涉及电机控制领域。该方案通过结合电机的转速、电流以及温度的检测,对电机轻度堵转、中度堵转以及重度堵转的不同工作状态进行有效、准确地检测和判断,提高了电机控制的准确性,具有控制精确、适用性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域,具体涉及一种电机堵转保护的控制方法。
背景技术
现有电机堵转保护技术,是通过检测电机是否运转来判定的,这只能针对电机卡死,不能运转的情况,而在实际应用中,会出现如下不同程度的堵转:
1.轻度堵转,电机能通过加大输出力矩来消除堵转异常;
实际应用情况如厚灰尘堆积、积雪阻碍、小树枝和树叶阻碍等。
2.中度堵转,电机能运转,异常状态为转速低于下限,电流大于上限,长时间运行后,电机温度上升,存在温度超过上限值的隐患;
实际应用情况如树枝等异物的阻碍导致运转阻力增加、轴承或轴出现异常导致摩擦力增大。
3.重度堵转,电机能运转,异常状态为转速远低于下限,电流远大于正常值,短时间内电机温度急剧上升,温度超出上限值;
实际应用情况如冰雪阻碍、轴承或轴出现严重结构变形导致摩擦力增大。
以上情况,运转阻力增大后,都会形成隐患,情节较轻的只是轻度发热,能耗低,噪音变大,震动变大,用户感受降低;情节严重的是电机过热,导致损坏,冒烟甚至燃烧。
因此,为针对电机不同的使用工况,需提供一种新的、全面的电机堵转保护的方案。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种电机堵转保护的控制方法,其结合电机的转速、电流以及温度,对电机的不同工作状态进行有效、准确地检测和判断,有利于提高电机控制的准确性,具有控制精确、适用性强的优点。
为实现上述发明目的,本发明采取的技术方案如下:
一种电机堵转保护的控制方法,包括电机位置、转速、电流以及温度的获取步骤,还包括以下控制步骤:
步骤S1:启动电机,以第一驱动占空比驱动电机运转,并持续第一预设时间T1,检测电机是否发生转动;若电机发生转动,则继续步骤S2;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S2:以大于所述第一驱动占空比的第二驱动占空比驱动电机运转,并持续第二预设时间T2,判断电机的转速是否大于预设的第一最低运转速度阀值;若判断的结果为是,则判定电机正常运转状态;否则,继续判断电机的转速是否大于预设的第二最低运转速度阀值,其中,第二最低运转速度阀值小于所述第一最低运转速度阀值;若判断的结果为是,则继续步骤S3.1;否则继续步骤S3.2;
步骤S3.1:以大于所述第二驱动占空比的第三驱动占空比驱动电机运转,并持续第三预设时间T3,判断电机的运转速度是否大于所述第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.1.1;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.1:判断电机的电流是否大于第一预设电流值,若判断的结果为是,则判定电机为堵转状态;否则,继续步骤S3.1.2;
步骤S3.1.2:以最高驱动占空比驱动电机运转,并持续第四预设时间T4,判断电机的转速是否达到第一预设运转速度阀值,其中,第一预设运转速度阀值大于所述第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则持续第五预设时间T5,并继续步骤S3.1.3;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.3:判断电机的转速是否达到第二预设运转速度阀值,其中,第二预设运转速度阀值大于所述第二预设运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.1.4;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.4:判断电机的电流是否大于极限电流阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,持续运行第六预设时间T6,并继续步骤S3.1.5;
步骤S3.1.5:判断电机的温度是否超过允许的运行范围最高阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,判定电机为正常运行状态;
步骤S3.2:以大于所述第二驱动占空比的第三驱动占空比驱动电机运转,并持续第七预设时间T7,其中,第七预设时间大于所述第三预设时间,判断电机的运转速度是否大于所述第二最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.2.1;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.1:判断电机的电流是否超过第二预设电流阀值,其中,第二预设电流阀值大于步骤S3.1.1中的所述第一预设电流值,若判断结果为是,判定电机为堵转状态;否则,继续步骤S3.2.2;
步骤S3.2.2:以最高驱动占空比驱动电机运转,并持续第四预设时间T4,判断电机的转速是否达到第一预设运转速度阀值,其中,第一预设运转速度阀值大于所述第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续运行步骤S3.2.3;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.3:判断电机的转速是否达到第二预设运转速度阀值,其中,第二预设运转速度阀值大于所述第二预设运转速度阀值,若判断的结果为是,则判定电机为正常运行状态;否则,继续步骤S3.2.4;
步骤S3.2.4:判断电机的电流是否大于极限电流阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,持续运行第六预设时间T6,并继续步骤S3.2.5;
步骤S3.2.5:判断电机的温度是否超过允许的运行范围最高阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,判定电机为正常运行状态;
判定结果中,若电机为堵转状态,则停机检查,排出故障后,从步骤S1重新开始;
若电机为正常运行状态,则继续驱动电机运转。
通过这样设置,启动电机后,逐步加大占空比驱动电机,通过设置两级低速的判断,即第一最低运转速度阀值以及第二最低运转速度阀值两个不同的阀值,从而将两种不同的阻力工况进行区分,后续再加大驱动力后,结合速度、电流以及温度,对电机的运行工况做进一步的判定并针对性的采用不同的驱动控制策略,在低阻力的情况下,通过加大驱动力以消除障碍,并能通过检测转速、电流和温度,将电机的电流和温度控制在允许的范围内,减少能耗浪费和降低高温引起冒烟起火的隐患。
作为优选,所述步骤S1中,检测电机是否发生转动是通过霍尔传感器是否发生变化判定。
通过这样设置,通过霍尔传感器反馈磁极是否发生变化来判定电机是否发生转动,判断方便、结构简单。
作为优选,电机的转速是通过检测霍尔传感器的信号变化速度获取。
通过这样设置,测速简单方便。
作为优选,电机正常工作的最低运行速度为N0,第一最低运转速度阀值为N1,N0≥N1≥N0-100。
作为优选,第二最低运转速度阀值为N2,N1>N2≥N1-200。
作为优选,电机的额定转速为N额,所述第一预设运转速度阀值为N1’,N1’=N额/2。
作为优选,所述第二预设运转速度阀值为N2’,N2’≥N额-300。
作为优选,第一预设电流值为A1,电机的额定电流值为A额,A额*45%≤A1≤A额*55%。
作为优选,第二预设电流值为A2,A额*55%<A2≤A额*65%。
作为优选,极限电流阀值为A极限为电机最高工作电压下的电流。
通过这样设置,以上数据选择为经过反复实验验证所得,通过采取上述的数值选择,能够达到准确判断电机运行状态的技术效果,且能适用于不同规格的电机的使用过程,根据用于的使用环境不同而在该范围内选取数值,适用性广。
相对于现有技术,本发明取得了有益的技术效果:
提供一种电机堵转保护的控制方法,其结合电机的转速、电流以及温度,对电机轻度堵转、中度堵转以及重度堵转的不同工作状态进行有效、准确地检测和判断,提高了电机控制的准确性,具有控制精确、适用性强的优点。
附图说明
图1是本发明实施例的控制流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明,但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
实施例
本实施例公开了一种电机堵转保护的控制方法,包括电机位置、转速、电流以及温度的获取步骤,还包括以下控制步骤:
步骤S1:启动电机,以第一驱动占空比驱动电机运转,并持续第一预设时间T1,检测电机是否发生转动;若电机发生转动,则继续步骤S2;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S2:以大于第一驱动占空比的第二驱动占空比驱动电机运转,并持续第二预设时间T2,判断电机的转速是否大于预设的第一最低运转速度阀值;若判断的结果为是,则判定电机正常运转状态;否则,继续判断电机的转速是否大于预设的第二最低运转速度阀值,其中,第二最低运转速度阀值小于第一最低运转速度阀值;若判断的结果为是,则继续步骤S3.1;否则继续步骤S3.2;
步骤S3.1:以大于第二驱动占空比的第三驱动占空比驱动电机运转,并持续第三预设时间T3,判断电机的运转速度是否大于第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.1.1;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.1:判断电机的电流是否大于第一预设电流值,若判断的结果为是,则判定电机为堵转状态;否则,继续步骤S3.1.2;
步骤S3.1.2:以最高驱动占空比驱动电机运转,并持续第四预设时间T4,判断电机的转速是否达到第一预设运转速度阀值,其中,第一预设运转速度阀值大于第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则持续第五预设时间T5,并继续步骤S3.1.3;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.3:判断电机的转速是否达到第二预设运转速度阀值,其中,第二预设运转速度阀值大于第二预设运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.1.4;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.4:判断电机的电流是否大于极限电流阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,持续运行第六预设时间T6,并继续步骤S3.1.5;
步骤S3.1.5:判断电机的温度是否超过允许的运行范围最高阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,判定电机为正常运行状态;
步骤S3.2:以大于第二驱动占空比的第三驱动占空比驱动电机运转,并持续第七预设时间T7,其中,第七预设时间大于第三预设时间,判断电机的运转速度是否大于第二最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.2.1;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.1:判断电机的电流是否超过第二预设电流阀值,其中,第二预设电流阀值大于步骤S3.1.1中的第一预设电流值,若判断结果为是,判定电机为堵转状态;否则,继续步骤S3.2.2;
步骤S3.2.2:以最高驱动占空比驱动电机运转,并持续第四预设时间T4,判断电机的转速是否达到第一预设运转速度阀值,其中,第一预设运转速度阀值大于第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续运行步骤S3.2.3;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.3:判断电机的转速是否达到第二预设运转速度阀值,其中,第二预设运转速度阀值大于第二预设运转速度阀值,若判断的结果为是,则判定电机为正常运行状态;否则,继续步骤S3.2.4;
步骤S3.2.4:判断电机的电流是否大于极限电流阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,持续运行第六预设时间T6,并继续步骤S3.2.5;
步骤S3.2.5:判断电机的温度是否超过允许的运行范围最高阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,判定电机为正常运行状态;
判定结果中,若电机为堵转状态,则停机检查,排出故障后,从步骤S1重新开始;
若电机为正常运行状态,则继续驱动电机运转。
作为优选的实施方式,步骤S1中,检测电机是否发生转动是通过霍尔传感器是否发生变化判定,也即通过霍尔传感器反馈其磁极是否发生变化来判定电机是否发生转动。
作为优选的实施方式,本实施例中,电机的转速是通过检测霍尔传感器的信号变化速度获取。
在其他实施例中还可通过其他测试方式对电机的转速进行检测。
作为优选的实施方式,电机正常工作的最低运行速度为N0,第一最低运转速度阀值为N1,N0≥N1≥N0-100。
作为优选的实施方式,第二最低运转速度阀值为N2,N1>N2≥N1-200。
作为优选的实施方式,电机的额定转速为N额,第一预设运转速度阀值为N1’,N1’=N额/2。
作为优选的实施方式,第二预设运转速度阀值为N2’,N2’≥N额-300。
作为优选的实施方式,第一预设电流值为A1,电机的额定电流值为A额,A额*45%≤A1≤A额*55%。
作为优选的实施方式,第二预设电流值为A2,A额*55%<A2≤A额*65%。
作为优选的实施方式,极限电流阀值为A极限为电机最高工作电压下的电流。
以额定工作电压为26V(伏特)、额定工作电流A额为6.5A(安培)、额定转速N额为2800rpm(转/分钟)的直流电机控制为例,其最高工作电压为32V。
电机的转速可通过光电脉冲编码器、直线光栅尺、感应同步器、旋转变压器、直线磁栅尺等传感器获取,电机的电流通过与电机串联的电流表反馈数据获取,电机的温度获取则可通过电子温度计获取,电机的温度主要测量的是电机外罩的温度。并按照以下进行参数设置:
第一驱动占空比设定为20%;
第一预设时间T1设定为500ms(毫秒);
第二驱动占空比设定为30%;
第二预设时间T2设定为4s(秒);
该电机正常工作的最低运行速度N0为700~800rpm,取最小值700rpm,将第一最低运转速度阀值N1设定为600rpm;
第二最低运转速度阀值N2设定为400rpm;
第三驱动占空比设定为40%;
第三预设时间T3设定为4s;
第一预设电流值A1设定为3A;
最高驱动占空比设定为100%;
第四预设时间T4设定为20s;
第一预设运转速度阀值N1’设定为1400rpm;
第五预设时间T5设定为20s;
第二预设运转速度阀值N2’设定为2500rpm;
极限电流阀值A极限设定为9.75A,其通过电机在最高工作电压为32V时测得;
第六预设时间T6设定为1h(小时);
允许的运行范围最高阀值设定为85℃;
第七预设时间T7设定为6s;
第二预设电流阀值A2设定为4A。
上述数值的设置根据电机的参数设置,不同规格的电机采用的参数有别,可根据实际的需要进行设置。
参考图1,按照以下控制步骤控制电机运转:
步骤S1:启动电机,以20%的占空比驱动电机运转,并持续500ms,持续的时间控制可通过常规的定时器或计时器控制,检测电机是否发生转动,即霍尔传感器是否发生变化;
若霍尔传感器发生变化,也即电机发生转动,则继续步骤S2;
否则,判定电机为堵转状态;
步骤S2:以30%的占空比驱动电机运转,并持续4s,判断电机的转速是否大于600rpm;
若判断的结果为是,则判定电机正常运转状态,即通过加大驱动力消除了运行障碍;
否则,则判定电机出现异常,进一步地,继续判断电机的转速是否大于400rpm;
若判断的结果为是,则表明电机运转受到的阻力相对较小,则继续步骤S3.1;
否则表明电机运转收到的阻力相对较小,继续步骤S3.2;
步骤S3.1:以40%的占空比驱动电机运转,并持续4s,判断电机的运转速度是否大于600rpm;
若判断的结果为是,则继续步骤S3.1.1;
否则,判定电机为堵转状态,因加大驱动力后仍不能将电机的速度提高到预设的第一最低运转速度阀值,不能满足安全工作的要求;
步骤S3.1.1:判断电机的电流是否大于3A;
若判断的结果为是,则判定电机为堵转状态,电机处于低转速、大电流的状态,存在以下隐患:电机发热产生高温而引起冒烟、起火,因此需进入判定堵转后的检修过程,保证电机的安全运转;
否则,继续步骤S3.1.2;
步骤S3.1.2:以100%的占空比驱动电机运转,并持续20s,判断电机的转速是否达到1400rpm;
若判断的结果为是,即电机的转速≥1400rpm,则继续运转20s,并继续步骤S3.1.3;其继续运转20s的作用在于:使电机处于最高驱动力的运转状态下运行足够长的时间;
否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.3:判断电机的转速是否达到2500rpm;
若判断的结果为是,即电机的转速≥2500rpm,则继续步骤S3.1.4;
否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.4:判断电机的电流是否大于9.75A;
若是,则判定电机为堵转状态;
否则,持续运行1h,并继续步骤S3.1.5;
步骤S3.1.5:判断电机的温度是否超过85℃;
若是,则判定电机为堵转状态;
否则,判定电机为正常运行状态;
步骤S3.2:以40%的占空比驱动电机运转,并持续6s,延长驱动时长,使电机趋于平稳状态后再进行速度检测,判断电机的运转速度是否大于400rpm;
若判断的结果为是,则继续步骤S3.2.1;
否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.1:判断电机的电流是否超过4A;
若判断结果为是,判定电机为堵转状态;
否则,继续步骤S3.2.2;
步骤S3.2.2:以100%的占空比驱动电机运转,并持续20s,判断电机的转速是否达到1400rpm;
若判断的结果为是,则继续运行步骤S3.2.3;
否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.3:判断电机的转速是否达到2500rpm;
若判断的结果为是,则判定电机为正常运行状态,即加大驱动力消除了运行障碍;
否则,继续步骤S3.2.4;
步骤S3.2.4:判断电机的电流是否大于9.75A;
若是,则判定电机为堵转状态;
否则,持续运行1h,并继续步骤S3.2.5;
步骤S3.2.5:判断电机的温度是否超过85℃;
若是,则判定电机为堵转状态;
否则,判定电机为正常运行状态。
上述的电机运转能适用于电机运转过程中可能遇到以下使用工况:
情况1:不能运转:其主要表现形式为异物堵转,完全卡死,不能转动;
通过在低驱动力的驱动下,结合霍尔传感器的反馈,检测电机是否能运转,从而鉴别出电机的运行状态;
情况2:轻度异常:异物堵转,例如雪、小树枝,此种工况下能通过加大输出来清除异物,即通过调整驱动信号输出占空比和运转时间来加大输出,从而清除异物;
情况3:中度异常:自身结构异常,例如轴承、轴异常,此种情况下电机运转阻力增大,造成电机工作处于在低转速、大电流的状态,存在的隐患有:能耗高,电机发热,高温引起冒烟起火;此种工况下,通过检测转速和电流,判断转速和电流是否超出限制关系,从而避免了能耗浪费和降低高温引起冒烟起火的隐患;
情况4:重度异常:自身结构异常,例如轴承、轴异常,此种情况下电机运转阻力增大,造成转速偏下限、电流偏上限,且电机长时间运转,电机温升过高,存在的隐患有:能耗低高、电机发热;此种工况下,也是通过检测转速和电机温度,判断转速和温度是否超出限制关系,从而避免能耗浪费和电机温升高的情况。
根据上述说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种电机堵转保护的控制方法,包括电机位置、转速、电流以及温度的获取步骤,其特征在于,还包括以下控制步骤:
步骤S1:启动电机,以第一驱动占空比驱动电机运转,并持续第一预设时间T1,检测电机是否发生转动;若电机发生转动,则继续步骤S2;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S2:以大于所述第一驱动占空比的第二驱动占空比驱动电机运转,并持续第二预设时间T2,判断电机的转速是否大于预设的第一最低运转速度阀值;若判断的结果为是,则判定电机正常运转状态;否则,继续判断电机的转速是否大于预设的第二最低运转速度阀值,其中,第二最低运转速度阀值小于所述第一最低运转速度阀值;若判断的结果为是,则继续步骤S3.1;否则继续步骤S3.2;
步骤S3.1:以大于所述第二驱动占空比的第三驱动占空比驱动电机运转,并持续第三预设时间T3,判断电机的运转速度是否大于所述第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.1.1;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.1:判断电机的电流是否大于第一预设电流值,若判断的结果为是,则判定电机为堵转状态;否则,继续步骤S3.1.2;
步骤S3.1.2:以最高驱动占空比驱动电机运转,并持续第四预设时间T4,判断电机的转速是否达到第一预设运转速度阀值,其中,第一预设运转速度阀值大于所述第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则持续第五预设时间T5,并继续步骤S3.1.3;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.3:判断电机的转速是否达到第二预设运转速度阀值,其中,第二预设运转速度阀值大于所述第二预设运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.1.4;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.1.4:判断电机的电流是否大于极限电流阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,持续运行第六预设时间T6,并继续步骤S3.1.5;
步骤S3.1.5:判断电机的温度是否超过允许的运行范围最高阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,判定电机为正常运行状态;
步骤S3.2:以大于所述第二驱动占空比的第三驱动占空比驱动电机运转,并持续第七预设时间T7,其中,第七预设时间大于所述第三预设时间,判断电机的运转速度是否大于所述第二最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续步骤S3.2.1;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.1:判断电机的电流是否超过第二预设电流阀值,其中,第二预设电流阀值大于步骤S3.1.1中的所述第一预设电流值,若判断结果为是,判定电机为堵转状态;否则,继续步骤S3.2.2;
步骤S3.2.2:以最高驱动占空比驱动电机运转,并持续第四预设时间T4,判断电机的转速是否达到第一预设运转速度阀值,其中,第一预设运转速度阀值大于所述第一最低运转速度阀值,若判断的结果为是,则继续运行步骤S3.2.3;否则,判定电机为堵转状态;
步骤S3.2.3:判断电机的转速是否达到第二预设运转速度阀值,其中,第二预设运转速度阀值大于所述第二预设运转速度阀值,若判断的结果为是,则判定电机为正常运行状态;否则,继续步骤S3.2.4;
步骤S3.2.4:判断电机的电流是否大于极限电流阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,持续运行第六预设时间T6,并继续步骤S3.2.5;
步骤S3.2.5:判断电机的温度是否超过允许的运行范围最高阀值,若是,则判定电机为堵转状态;否则,判定电机为正常运行状态;
判定结果中,若电机为堵转状态,则停机检查,排出故障后,从步骤S1重新开始;
若电机为正常运行状态,则继续驱动电机运转。
2.根据权利要求1所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,所述步骤S1中,检测电机是否发生转动是通过霍尔传感器是否发生变化判定。
3.根据权利要求1所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,电机的转速是通过检测霍尔传感器的信号变化速度获取。
4.根据权利要求1所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,电机正常工作的最低运行速度为N0,第一最低运转速度阀值为N1,N0≥N1≥N0-100。
5.根据权利要求3所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,第二最低运转速度阀值为N2,N1>N2≥N1-200。
6.根据权利要求1所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,电机的额定转速为N额,所述第一预设运转速度阀值为N1’,N1’=N额/2。
7.根据权利要求5所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,所述第二预设运转速度阀值为N2’,N2’≥N额-300。
8.根据权利要求1所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,第一预设电流值为A1,电机的额定电流值为A额,A额*45%≤A1≤A额*55%。
9.根据权利要求8所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,第二预设电流值为A2,A额*55%<A2≤A额*65%。
10.根据权利要求8所述的电机堵转保护的控制方法,其特征在于,极限电流阀值为A极限为电机最高工作电压下的电流。
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