电机转矩、功率、转速、电压、电流之间的关系与计算公式

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1、电机转矩、功率、转速之间的关系及计算公式电动机输出转矩：使机械元件转动的力矩称转动力矩 简称转矩。机械元件在转矩作用下都会产生 一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为矩。转矩与功率及转速的关系转矩(T)=95505功率(P)/转速(n)即:T=9550P/n-公式【1】由此可推导出：转矩=9550*功率/转速 = = =功率=转速*转矩/9550,即P二Tn/955 公式2】方程式中：P功率的单位kW);n转速的单位(r/min);T转矩的单位N.m);9550是计算系数。电机扭矩计算公式T=9550P/n是如何计算的呢？分析：功率=力*速度即 P=F*V公式3】转矩仃)=扭力(F)*作用半径(

2、R)推出F=T/R公式】线速度(V)=2nR*每秒转诲秒)=2nR*每分转速n分)/60二nR*r分/30公式B】将公式【4】、【5】代入公式B】得：P=F*V=T/R*nR*r分/30 二n/30*T*r分卩=功率单位W,T转矩单位N.m,n分二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=n/30*T* n30000/n*P=T* n30000/3.1415926*P=T*n9549.297*P=T*n这就是为什么会有功率和转*转速之间有个9550的系数关系。电动机转矩、转速、电压、电流之间的关系由于电功率P二电压u*电流I,即P二u公式6】由于公式BJ中的

3、功率P的单位为kw，而电压U的单位是V,电流I的单位是A,而UI乘 积的单位是V.A，即w,所以将公式6】代入到公式2】中时，UI需要除以1000以统一单 位。则：P=Tn/9550二UI/10 公式 7】= =Tn/9.55二U公式8】=T=9.55UI/n公式9=U二Tn/9.55公式【0】=I=9.55U/Tn公式11方程式卩】、【8】、【9】、【10】、【11】中：P功率的单位kW）；n转速的单位（r/min）T转矩的单位N.m）；U电压的单位V）；I电流的单位A）；9.55是9500三1000之后的值。转矩的类型转矩可分为静态转矩和动态转矩。静态转矩静态转矩是值不随时间延长而变化或变

4、化很小、很缓慢的转矩，包括静止转矩、恒定转矩、 缓变转矩和微脉动转矩。静止转矩的值为常数，传动轴不旋转； 恒定转矩的值为常数，但传动轴以匀速旋转，如电机稳定工作时的转矩； 缓变转矩的值随时间延长而缓慢变化，但在短时间内可认为转矩值是不变的； 微脉动转矩的瞬时值有幅度不大的脉动变化。动态转矩动态转矩是值随时间延长而变化很大的转矩，包括振动转矩、过渡转矩和随机转矩三种。 振动转矩的值是周期性波动的；过渡转矩是机械从一种工况转换到另一种工况时的转矩变化 过程；随机转矩是一种不确定的、变化无规律的转矩。选择电动机时，如何选择功率与转矩？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

5、负载 下运行。选择时应注意以下两点：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。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二F*V/1000(P二计算功率KW, F二所需拉力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,

6、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

7、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。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。00追问：如果我是用无极调速的呢？就电机输出功率与转矩而言，交流变频调速和直流调速有什么特点和区别？回答：论交流变频调速与直流调速一：变频器的发展直流电动机拖动和交流电动机拖动 先后诞生与19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装 置

8、。但是，由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80%左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），而 在需要进行调速扌空制的拖动系统中则基本上采用的直流电动机。但是，众所周知， 由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点：（1） 需要定期更换电刷和换向 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的恶劣环境；（3） 结构复杂，难以制造出大容量、高转速 和高电压的直流电动机。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

9、的恶劣环境；（3） 容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电 动机。因此，很久以来，人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电动机来代 替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行了大量的研究开发工作。但 是，直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发方面一直未能得到真正能够 令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。也正是因为这个原因， 在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖动系统中 不得不采用挡板和阀门来调节风速和流量。这种做法不但增加了系统的复杂性,也造成了能源的浪费。经历了 20世纪70年代中期的第2次石油危机之后，人们 充分认识到了节能工作的重要性

10、，并进一步重视和加强了对交流调速技术的研究 开发工作。随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件 和微处理器的性能的不断提高，变频驱动技术也得到了显著的发展。随着各种复 杂控制技术在变频器技术中的应用，变频器的性能不断提高，而且应用范围也越 来越广。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎 已经扩展到了工业生产的所有领域，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。变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力 电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基础技术的发展而 不断得到发展。表1-1列出了近年来变频器技术的基本发

11、展过程。二： 变频器调速控制系统的优势与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行 调速扌空制的交流拖动系统有许多优点，如节能，容易实现对现有电动机的调速控 制，可以实现大范围的高效连续调速控制，容易实现电动机的正反转切换，可以 进行高频度的起停运转，可以进行电气制动，可以用一台变频器对多台电动机进 行调速扌空制，电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的扌空制系统等 等。下面介绍一下上面提到的变频器调速控制系统的各种主要优点。在许多情况 下，使用变频器的目的是节能，尤其是对于在工业中大量使用的风扇、鼓风机和 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和阀门进行的

12、 风量、流量和扬程的控制，所以节能效果非常明显。因为以节能为目的的调速运 转对电动机的调速范围和精度要求不高，所以通常采用在价格方面比较经济的通 用型变频器。由于变频器可以看作是一个频率可调的交流电源，对于现有的进行恒速运转的异步电动机来说，只需在电网电源和现有的电动机之间接入变频器和 相应设备，就可以利用变频器实现调速控制，而无须对电动机和系统本身进行大 的设备改造。在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速扌空制是通过 改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器 的输出频率使电动机工作在转差率较小的范围，电动机的调速范围较宽，并可以 达到提高运行效率的目的

13、。一般来说，通用型变频器的调速范围可以达到1: 10以上，而高性能的矢量控制方式的变频器的调速范围可以达到1:1000。此外，当采用矢量控制方式的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 机的输出转矩。因此，高性能的矢量控制变频器与变频器专用电动机的组合在控 制性能方面可以达到和超过高精度直流伺服电动机的控制性能。利用普通的电网 电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正反转切换，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扌空制时，只需改变变频器内部逆变 电路换流器件的开关顺序即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机 的正反转切换而不需要专门设置正反转切换

14、装置。此外，对在电网电源下运行的 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的切换，电动机 内将会由于相序的改变而流过大于起动电流的电流，有烧毁电动机的危险，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。而在采用变频器的交流 调速系统中，由于可以通过改变变频器的输出频率使电动机按照斜坡函数的规律 进行加速，从而达到限制加速电流的目的。因此，在利用变频器进行调速控制时 更容易和其它设备一起构成自动控制系统。对于利用普通的电网电源运行的交流 拖动系统来说，由于电动机的起动电流较大并存在着与起动时间成正比的功率损耗，所以不能使电动机进行高频度的起停运转。而对于采用了变频器的交

15、流调速 系统来说，由于电动机的起停都是在低速区进行而且加减速过程都比较平缓，电 动机的功耗和发热较小，可以进行较高频度的起停运转。变频调速系统的上述特 点可以用于采用交流拖动系统的传送带和移动工作台等以达到节能的目的。这是 因为，在利用异步电动机进行恒速驱动的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 度的起停运转，可以使传送带或移动工作台只是在有货物或工件时停止运行，从 而达到节能的目的。由于在变频器驱动系统中电动机的调速扌空制是通过改变变频 器的输出频率进行的，当把变频器的输出频率降至电动机的实际转速所对应的频 率以下时，负载的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，并利用该电压产生的电流进行制动。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的措施，例如和机械制动器同时使用等。高速驱动是变频 器调速控制的最重要的优点之一。这是因为对于直流电动机来说，由于受电刷和 换向环等因素的制约，无法进行高速运转。但是，对于异步电动机来说，由于不 存在上述制约因素，理论上