浅谈功率、转矩、转速关系推导

　　电动机

 

　　电动机（Motor）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。

 

　　基本结构

 

　　一、三相异步电动机的结构，由定子、转子和其它附件组成。

 

　　（一）定子（静止部分）

 

　　1、定子铁心

 

　　作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。

 

　　构造：定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。

 

　　定子铁心槽型有以下几种：

 

　　半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。

 

　　半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。

 

　　开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。

 

　　2、定子绕组

 

　　作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。

 

　　构造：由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。

 

　　定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。

 

　　⑴对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。

 

　　⑵相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。

 

　　⑶匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。

 

　　电动机接线盒内的接线：

 

　　电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（W2）、4（U2）、5（V2），。将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。

 

　　3、机座

 

　　作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。

 

　　构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。

 

　　（二）转子（旋转部分）

 

　　1、三相异步电动机的转子铁心：

 

　　作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。

 

　　构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。

 

　　2、三相异步电动机的转子绕组

 

　　作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。

 

　　构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。

 

　　⑴鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。

 

　　⑵绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。

 

　　特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。

 

　　（三）三相异步电动机的其它附件

 

　　1、端盖：支撑作用。

 

　　2、轴承：连接转动部分与不动部分。

 

　　3、轴承端盖：保护轴承。

 

　　4、风扇：冷却电动机。

 

　　注意事项

 

　　⑴在拆卸前，要用压缩空气吹净电机表面灰尘，并将表面污垢擦拭干净。

 

　　⑵选择电机解体的工作地点，清理现场环境。

 

　　⑶熟悉电机结构特点和检修技术要求。

 

　　⑷准备好解体所需工具（包括专用工具）和设备。

 

　　⑸为了进一步了解电机运行中的缺陷，有条件时可在拆卸前做一次检查试验。为此，将电机带上负载试转，详细检查电机各部分温度、声音、振动等情况，并测试电压、电流、转速等，然后再断开负载，单独做一次空载检查试验，测出空载电流和空载损耗，做好记录。

 

　　⑹切断电源，拆除电机外部接线，做好记录。

 

　　⑺选用合适电压的兆欧表测试电机绝缘电阻。为了跟上次检修时所测的绝缘电阻值相比较以判断电机绝缘变化趋势和绝缘状态，应将不同温度下测出的绝缘电阻值换算到同一温度，一般换算至75℃。

 

　　⑻测试吸收比K。当吸收比大于1.33时，表明电机绝缘不曾受潮或受潮程度不严重。为了跟以前数据进行比较，同样要将任意温度下测得的吸收比换算到同一温度。

　　电动机的功率与转矩

　　电动机的功率，应根据生产机械所需要的功率来选择，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，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。

　　要正确选择电动机的功率，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的功率：

　　P1（kw）：P=P/n1n2

　　式中 n1为生产机械的效率；n2为电动机的效率，即传动效率。

　　按上式求出的功率P1，不一定与产品功率相同。因此．所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。

　　此外．最常用的是类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产机械所用电动机的功率进行对比。

　　具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电动机，然后选用相近功率的电动机进行试车。试车的目的是验证所选电动机与生产机械是否匹配。

　　验证的方法是：使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作电流，将测得的电流与该电动机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大．则表明所选电动机的功率

　　合适。如果电动机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右．则表明电动机的功率选得过大，应调换功率较小的电动机。如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上．则表明电动机的功率选得过小，应调换功率较大的电动机。

　　实际上应该是考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩是有计算公式的。

　　即 T = 9550P/n

　　式中：

　　P — 功率，kW；

　　n — 电机的额定转速，r/min；

　　T — 转矩，Nm。

　　电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩，一般需要一个安全系数。

　　关于功率、转矩、转速之间关系的推导如下：

　　功率=力*速度

　　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Nm，n分=每分钟转速单位转/分钟

　　如果将P的单位换成KW，那么就是如下公式：

　　P*1000=π/30*T*n

　　30000/π*P=T*n

　　30000/3.1415926*P=T*n

　　9549.297*P=T*n

　　这就是为什么会有功率和转矩*转速之间有个9550的系数的关系。。。

　　适用于伺服电机额定功率、额定转速和额定转矩之间的关系互导，但实际的额定转矩值应该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。。。