电机转矩、功率、转速之间的关系及计算公式

电机转矩、功率、转速之间得关系及计算公式
电动机输出转矩:
使机械元件转动得力矩称为转动力矩,简称转矩。

机械元件在转矩作用下都会产生
一定程度得扭转变形,故转矩有时又称为扭矩。

转矩与功率及转速得关系: 转矩(T)=9550*功率(P)/转速(n) 即:T=9550P/n
由此可推导出:
转矩=9550*功率/转速《＝＝＝》功率=转速*转矩/9550
方程式中:
P—功率得单位(kW);
n—转速得单位(r/min);
T—转矩得单位(N、m);
9550就是计算系数。

电机扭矩计算公式 T=9550P/n 就是如何计算得呢？
分析:
功率=力*速度即P=F*V---——--公式【1】
转矩(T)=扭力(F)*作用半径(R) 推出F=T/R------公式【2】
线速度(V)=2πR*每秒转速(n秒)=2πR*每分转速(n分)/60=πR*n分/30------公式【3】
将公式2、3代入公式1得:
P=F*V=T/R*πR*n分/30 =π/30*T*n分
-----P=功率单位W, T=转矩单位N、m, n分=每分钟转速单位转/分钟
如果将P得单位换成KW,那么就就是如下公式:
P*1000=π/30*T*n
30000/π*P=T*n
30000/3、1415926*P=T*n
9549、297*P=T*n
这就就是为什么会有功率与转矩*转速之间有个9550得系数关系。

转矩得类型
转矩可分为静态转矩与动态转矩。

※静态转矩
静态转矩就是值不随时间延长而变化或变化很小、很缓慢得转矩,包括静止转矩、恒定转矩、缓变转矩与微脉动转矩。

静止转矩得值为常数,传动轴不旋转;
恒定转矩得值为常数,但传动轴以匀速旋转,如电机稳定工作时得转矩;
缓变转矩得值随时间延长而缓慢变化,但在短时间内可认为转矩值就是不变得;
微脉动转矩得瞬时值有幅度不大得脉动变化。

※动态转矩
动态转矩就是值随时间延长而变化很大得转矩,包括振动转矩、过渡转矩与随机转矩三种。

振动转矩得值就是周期性波动得;
过渡转矩就是机械从一种工况转换到另一种工况时得转矩变化
过程;随机转矩就是一种不确定得、变化无规律得转矩。

选择电动机时,如何选择功率与转矩？
电动机得功率,应根据生产机械所需要得功率来选择,尽量使电动机在额定负载下运行。

选择时应注意以下两点:
①如果电动机功率选得过小.就会出现“小马拉大车”现象,造成电动机长期过载.使其绝缘因发热而损坏.甚至电动机被烧毁。

②如果电动机功率选得过大.就会出现“大马拉小车”现象.其输出机械功率不能得到充分利用,功率因数与效率都不高,不但对用户与电网不利。

而且还会造成电能浪费。

要正确选择电动机得功率,必须经过以下计算或比较:
P=F*V/1000(P=计算功率KW,F=所需拉力N,工作机线速度M/S)
对于恒定负载连续工作方式,可按下式计算所需电动机得功率:
P1(kw):P=P/n1n2
式中n1为生产机械得效率;n2为电动机得效率,即传动效率。

按上式求出得功率P1,不一定与产品功率相同。

因此.所选电动机得额定功率应等于或稍大于计算所得得功率。

此外.最常用得就是类比法来选择电动机得功率。

所谓类比法。

就就是与类似生产机械所用电动机得功率进行对比。

具体做法就是:了解本单位或附近其她单位得类似生产机械使用多大功率得电动机,然后选用相近功率得电动机进行试车。

试车得目得就是验证所选电动机与生产机械就是否匹配。

验证得方法就是:使电动机带动生产机械运转,用钳形电流表测量电动机得工作电流,将测得得电流与该电动机铭牌上标出得额定电流进行对比。

如果电功机得实际工作电流与铭脾上标出得额定电流上下相差不大.则表明所选电动机得功率
合适。

如果电动机得实际工作电流比铭牌上标出得额定电流低70％左右.则表明电动机得功率选得过大,应调换功率较小得电动机。

如果测得得电动机工作电流比铭牌上标出得额定电流大40％以上.则表明电动机得功率选得过小,应调换功率较大得电动机。

适用于伺服电机额定功率、额定转速与额定转矩之间得关系互导,但实际得额定转矩值应该就是实际测量出来为准,因为有能量转换效率问题,基本数值大体一致,会有细微减小。

追问:
如果我就是用无极调速得呢？
就电机输出功率与转矩而言,交流变频调速与直流调速有什么特点与区别？
回答:
论交流变频调速与直流调速一:变频器得发展直流电动机拖动与交流电动机拖动先后诞生与19世纪,距今已有100多年得历史,并已成为动力机械得主要驱动装置。

但就是,由于技术上得原因,在很长一段时期内,占整个电力拖动系统80%左右得不变速拖动系统中采用得就是交流电动机(包括异步电动机与同步电动机),而在需要进行调速控制得拖动系统中则基本上采用得直流电动机。

但就是,众所周知,由于结构上得原因,直流电动机存在以下缺点:(1) 需要定期更换电刷与换向器,维护保养困难,寿命较短;(2) 由于直流电动机存在换向火花,难以应用于存在易燃易爆气体得恶劣环境;(3) 结构复杂,难以制造出大容量、高转速与高电压得直流电动机。

而与直流电动机相比,交流电动机则具有以下优点:(1) 结构坚固,工作可靠,易于维修保养;(2) 不存在换向火花,可以应用于存在易燃易爆气体得恶劣环境;(3) 容易制造出大容量、高转速与高电压得交流电动机。

因此,很久以来,人们希望在许多场合下能够用可调速得交流电动机来代替直流电动机,并在交流电动机得调速控制方面进行了大量得研究开发工作。

但就是,直至20世纪70年
代,交流调速系统得研究开发方面一直未能得到真正能够令人满意得成果,也因此限制了交流调速系统得推广应用。

也正就是因为这个原因,在工业生产中大量使用得诸如风机、水泵等需要进行调速控制得电力拖动系统中不得不采用挡板与阀门来调节风速与流量。

这种做法不但增加了系统得复杂性,也造成了能源得浪费。

经历了20世纪70年代中期得第2次石油危机之后,人们充分认识到了节能工作得重要性,并进一步重视与加强了对交流调速技术得研究开发工作。

随着电力电子技术、微电子技术与控制理论得发展,电力半导体器件与微处理器得性能得不断提高,变频驱动技术也得到了显著得发展。

随着各种复杂控制技术在变频器技术中得应用,变频器得性能不断提高,而且应用范围也越来越广。

目前变频器不但在传统得电力拖动系统中得到了广泛得应用,而且几乎已经扩展到了工业生产得所有领域,并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中也得到了广泛应用。

变频器技术就是一门综合性得技术,它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术与计算机技术得基础之上,并随着这些基础技术得发展而不断得到发展。

表1-1列出了近年来变频器技术得基本发展过程。

二: 变频器调速控制系统得优势与传统得交流拖动系统相比,利用变频器对交流电动机进行调速控制得交流拖动系统有许多优点,如节能,容易实现对现有电动机得调速控制,可以实现大范围得高效连续调速控制,容易实现电动机得正反转切换,可以进行高频度得起停运转,可以进行电气制动,可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制,电源功率因数大,所需电源容量小,可以组成高性能得控制系统等等。

下面介绍一下上面提到得变频器调速控制系统得各种主要优点。

在许多情况下,使用变频器得目得就是节能,尤其就是对于在工业中大量使用得风扇、鼓风机与泵类负载来说,通过变频器进行调速控制可以代替传统上利用挡板与阀门进行得风量、流量与扬程得控制,所以节能效果非常明显。

因为以节能为目得得调速运转对电动机得调速范围与精度要求不高,所以通常采用在价格方面比较经济得通用型变频器。

由于变频器可以瞧作就是一个频率可调得交流电源,对于现有得进行恒速运转得异步电动机来说,只需在电网电源与现有得电动机之间接入变频器与相应设备,就可以利用变频器实现调速控制,而无须对电动机与系统本身进行大得设备改造。

在采用了变频器得交流拖动系统中,异步电动机得调速控制就是通过改变变频器得输出频率实现得。

因此,在进行调速控制时,可以通过控制变频器得输出频率使电动机工作在转差率较小得范围,电动机得调速范围较宽,并可以达到提高运行效率得目得。

一般
来说,通用型变频器得调速范围可以达到1:10以上,而高性能得矢量控制方式得变频器得调速范围可以达到1:1000。

此外,当采用矢量控制方式得变频器对异步电动机进行调速控制时,还可以直接控制电动机得输出转矩。

因此,高性能得矢量控制变频器与变频器专用电动机得组合在控制性能方面可以达到与超过高精度直流伺服电动机得控制性能。

利用普通得电网电源运行得交流拖动系统,为了实现电动机得正反转切换,必须利用开闭器等装置对电源进行换相切换。

利用变频器进行调速控制时,只需改变变频器内部逆变电路换流器件得开关顺序即可以达到对输出进行换相得目得,很容易实现电动机得正反转切换而不需要专门设置正反转切换装置。

此外,对在电网电源下运行得电动机进行正反转切换时,如果在电动机尚未停止时就进行相序得切换,电动机内将会由于相序得改变而流过大于起动电流得电流,有烧毁电动机得危险,所以通常必须等电动机完全停下来之后才能够进行换相操作。

而在采用变频器得交流调速系统中,由于可以通过改变变频器得输出频率使电动机按照斜坡函数得规律进行加速,从而达到限制加速电流得目得。

因此,在利用变频器进行调速控制时更容易与其它设备一起构成自动控制系统。

对于利用普通得电网电源运行得交流拖动系统来说,由于电动机得起动电流较大并存在着与起动时间成正比得功率损耗,所以不能使电动机进行高频度得起停运转。

而对于采用了变频器得交流调速系统来说,由于电动机得起停都就是在低速区进行而且加减速过程都比较平缓,电动机得功耗与发热较小,可以进行较高频度得起停运转。

变频调速系统得上述特点可以用于采用交流拖动系统得传送带与移动工作台等以达到节能得目得。

这就是因为,在利用异步电动机进行恒速驱动得传送带以及移动工作台中,电动机通常一直处于工作状态,而采用变频器进行调速控制后,由于可以使电动机进行高频度得起停运转,可以使传送带或移动工作台只就是在有货物或工件时停止运行,从而达到节能得目得。

由于在变频器驱动系统中电动机得调速控制就是通过改变变频器得输出频率进行得,当把变频器得输出频率降至电动机得实际转速所对应得频率以下时,负载得机械能将被转换为电能,并被回馈给供电电网,并形成电气制动。

此外,一些变频器还具有直流制动功能,即在需要进行制动时,可以通过变频器给电动机加上一个直流电压,并利用该电压产生得电流进行制动。

同机械制动相比,电气制动有许多优点,例如体积小,维护简单,可靠性好等。

但就是也应该注意到,由于在静止状态下电气制动并不能使电动机产生保持转矩,所以在某些场合还必须采取相应得措施,例如与机械
制动器同时使用等。

高速驱动就是变频器调速控制得最重要得优点之一。

这就是因为对于直流电动机来说,由于受电刷与换向环等因素得制约,无法进行高速运转。

但就是,对于异步电动机来说,由于不存在上述制约因素,理论上讲异步电动机得转速可以达到相当高得速度。

由于异步电动机得转速为: 公式(1—1)式中n——电机转速,r/min; f——电源频率,HZ; p——电动机磁极个数; s——转差。

当用工频电源(50HZ)对异步电动机进行驱动时,二极电动机得最高速度只能达到3000r/min。

为了得到更高得转速,则必须使用专用得高频电源或使用机械增速装置进行增速。

与此相比,目前高频变频器得输出频率已经可以达到3000KHZ,所以当利用这种高速变频器对二极异步电动机进行驱动时,可以得到高达180000r/min得高速。

而且随着变频器技术得发展,高频电源得输出频率也在不断提高,因此进行更高速度得驱动也将成为可能。

此外,与采用机械增速装置得高速驱动系统相比,由于采用高频变频器得高速驱动系统中并不存在异步电动机以外得机械装置,其可靠性更好,而且保养与维修也更加简单。

在变频器调速控制系统中,变频器与电动机就是可以分离设置得。

因此,通过与各种不同得异步电动机得适当组合,可以得到使用于各种工作环境得交流调速系统,而对变频器本身并没有特殊要求。

例如,对有防爆与防腐蚀要求得环境,只需将电动机换为专用电动机,而使用普通得变频器并将其安装在有防爆与防腐蚀要求得环境之外得普通环境即可。

由于变频器本身对外部来说可以瞧作就是一个可以进行调频调压得交流电源,可以用一台变频器同时驱动多台异步电动机或同步电动机,从而达到节约设备投资得目得。

而对于直流调速系统来说,则很难做到这一点。

当用一台变频器同时驱动多台电动机时,若驱动对象为同步电动机,所有得电动机将会以同样得速度(同步转速)运转,而当驱动对象为容量与负载都不相同得异步电动机时,则由于转差得原因,各电动机之间会存在一定得速度差。

因为变频器时通过交流—直流得电源变换后对异步电动机进行驱动得,所以电源得功率因数不受电动机功率因数得影响,几乎为定值。

此外,当用电网电源对异步电动机进行驱动时,电动机得起动电流为额定电流得5—6倍,而在采用变频器对异步电动机记性驱动时,由于可以将变频器得输出频率降至很低时起动,电动机得起动电流很小,因而变频器输入端电源得容量也可以比较小。

一般来说,变频器输入端电源得容量只需为电动机输出容量得1、5倍左右即可。

这也说明变频器也可以同时起到减压起动器得作用。

随着控制理论、交流调速理论与电子技术得发展,变频器技术也得到了充分得
重视与发展,目前,有高性能变频器与专用得异步电动机组成得控制系统在性能上已经达到与超过了直流电动机伺服系统。

此外,由于异步电动机还具有对环境适应性强,维护简单等许多直流伺服电动机所不具备得优点,所以在许多需要进行高速高精度控制得应用中这种高性能得交流调速系统正在
逐步替代直流伺服系统。

而且由于高性能得变频器得外部接口功能也非常丰富,可以将其作为自动控制系统中得一个部件使用,构成所需得自动控制系统。

由于变频器具有上述优点,因而在各种领域中得到了广泛得应用。

三: 变频器技术得发展动向变频器进入实用期已超过了1/4个世纪,在此期间,作为变频器技术基础得电力电子技术与微电子技术都经理了飞跃性得发展,随着新型电力电子器件与高性能微处理器得应用以及控制技术得发展,变频器得性能价格比越来越高,体积越来越小,而厂家则仍然在不断地为实现变频器得进一步小型化而做着新得努力。

从技术方面来瞧,随着变频器市场得进一步扩大,今后变频器技术将会随着与变频器有关得技术得发展在下面几
个方面进一步得到发展:(1) 大容量与小体积化;(2) 高性能与多功能化;(3) 易操作性得提高;(4) 寿命与可靠性增加;(5) 无公害化。

大容量化与小体积化将会随着电力半导体器件得发展而不断得到发展。

近年来,采用电压驱动得电力半导体器件IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor,隔离门极双极晶体管)发展很快,并在迅速进入传统上使用BJT(双极功率晶体管)与功率MOSFET(场效应管)得各种领域。

此外,以IGBT为开关器件得IPM(Intelligent Power Module,智能功率模块)与单片功率IC 芯片将功率开关器件与驱动电路,保护电路等集成在同一封装内,具有高性能与可靠性
好得优点,所以随着它们在大电流化与高耐压化方面得发展,必将在中小型变频器中得到更加广泛得应用。

随着微电子技术与半导体技术得发展,用于变频器得CPU与半导体器件以及各种传感器得性能越来越高。

而随着变频器
技术得发展,交流调速理论日益成熟,现代控制理论也在不断得到新得应用。

这些都为进一步提高变频器得性能提供了条件。

此外,随着变频器得进一步推广应用,拥护也在不断提出各种新得要求,促使变频器得生产厂家不断地
在提高变频器性能与变频器功能方面做出新得努力,以满足用户得需要与争取在激烈得市场竞争中立于不败之地。

随着变频器市场得不断扩大,如何进一步提高变频器得易操作性,使普通得技术人员甚至非技术人员也能很快得掌握变频器得使用技术已经成为厂家必须考虑得问题。

因为只有容易操作得
产品才能够不断获得新得用户,并进一步扩大市场,所以今后得新型变频器
将更加容易操作。

随着半导体技术得发展与电力电子技术得发展,变频器中所使用得各种元器件得寿命与可靠性都在不断提高,这些都将使变频器本身得寿命与可靠性进一步增加。

近年来,人们对环境问题非常重视,并因此而出现了“绿色产品”得名称。

因此,对于变频器来说,也必须考虑其对周围环境得影响。

在变频器推广应用得初期,噪声问题曾经就是一个比较大得问题。

随着IGBT得低噪声变频器得出现,这个问题已经基本上得到了解决。

但就是,随着噪声问题得解决,人们得目光又转向了变频器对周围环境得其它影响并在不断探索新得解决办法。

例如,对于采用了二极管整流电路与电压形PWM 逆变电路得变频器来说,变频器本身造成得高次谐波将给电源电压与电流带来畸变,并影响接于同一电源得其它设备。

但就是,通过在变频器中采用PWM 整流电路,就可以基本上解决这个问题。

虽然因为价格与控制技术等方面得原因目前采用PWM整流电路得变频器尚未得到推广,但就是,随着变频器技术得发展与人们对环境问题得重视,不断减少变频器对环境得影响直至推出真正得无公害变频器也已经成为大势所趋。

四:都说变频调速比直流调速好,直流调速真得要淘汰吗？变频调速之所以比直流调速广泛运用就是因为交流电机,不就是变频调速原理具有优越性,变频调速只能应用于调速,而对力矩就是无法做到精确控制得,原因很简单,直流调速得电枢与励磁不就是耦合得,就是分开得,这样对电枢电流与励磁电流能够做到精确控制。

而交流调速,电枢电流与励磁电流就是耦合得,就是无法做到精确控制得, 尽管目前得变频调速具有矢量控制,也就就是运用现代控制理论,通过矢量转换,将交流电机中耦合得电枢电流与励磁电流解开,从而对其进行控制,也就就是仿真直流调速得原理。

但就是要做到直流调速得控制特性目前就是很困难得。

因此在轧机、造纸等对力矩要求很高行业,直流调速还就是具有广泛性。

而仅对速度控制,目前变频调速就是可以逼真直流调速得特性,因为交流电机得优越性就是直流电机无法做到得。

直流电机得电刷与体积得原因,限制了它得应用范围,变频调速可以说就是由风机与水泵发展而来得,就是由于风机与水泵节能得需要,变频调速就是最佳选择,不过我个人认为就目前电价与变频器得自身得价格相比,这种节能就是毫无意义得,因为要把变频器得投资收回,最少需要5-6年,在这5-6年得时间里,工况还不知道要发生什么变化。

因此,变频器最好应用在需要调速,而对启动性能及力矩调节要求不就是很苛刻得场合,而这种场合比比皆就是,这才就是变频调速普遍应用得原因。

因此可以说如果用直流调速控制器去控制交流电机那才就是最好得,
真能做到这一点,您就就是第二个比尔盖茨,甚至能那个诺贝尔奖。

无极调速得就是一样得。