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淺談功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速關(guān)系推導

ss ? 作者:工程師譚軍 ? 2018-10-07 11:18 ? 次閱讀
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電動機
電動機(Motor)是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子(如鼠籠式閉合鋁框)形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機,電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機,可以是同步電機或者是異步電機(電機定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速)。電動機主要由定子與轉(zhuǎn)子組成,通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關(guān)。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用,使電動機轉(zhuǎn)動。
基本結(jié)構(gòu)
一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu),由定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成。
(一)定子(靜止部分)
1、定子鐵心
作用:電機磁路的一部分,并在其上放置定子繞組。
構(gòu)造:定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成,在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽,用以嵌放定子繞組。
定子鐵心槽型有以下幾種:
半閉口型槽:電動機的效率和功率因數(shù)較高,但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。
半開口型槽:可嵌放成型繞組,一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。
開口型槽:用以嵌放成型繞組,絕緣方法方便,主要用在高壓電機中。
2、定子繞組
作用:是電動機的電路部分,通入三相交流電,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
構(gòu)造:由三個在空間互隔120°電角度、對稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成,這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。
定子繞組的主要絕緣項目有以下三種:(保證繞組的各導電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣)。
⑴對地絕緣:定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。
⑵相間絕緣:各相定子繞組間的絕緣。
⑶匝間絕緣:每相定子繞組各線匝間的絕緣。
電動機接線盒內(nèi)的接線:
電動機接線盒內(nèi)都有一塊接線板,三相繞組的六個線頭排成上下兩排,并規(guī)定上排三個接線樁自左至右排列的編號為1(U1)、2(V1)、3(W1),下排三個接線樁自左至右排列的編號為6(W2)、4(U2)、5(V2),。將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時均應(yīng)按這個序號排列。
3、機座
作用:固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子,并起防護、散熱等作用。
構(gòu)造:機座通常為鑄鐵件,大型異步電動機機座一般用鋼板焊成,微型電動機的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積,防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔,使電動機內(nèi)外的空氣可直接對流,以利于散熱。
(二)轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)
1、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心:
作用:作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。
構(gòu)造:所用材料與定子一樣,由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成,硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔,用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上,大、中型異步電動機(轉(zhuǎn)子直徑在300~400毫米以上)的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。
2、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組
作用:切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流,并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機旋轉(zhuǎn)。
構(gòu)造:分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。
⑴鼠籠式轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心,整個繞組的外形像一個鼠籠,故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組,對于100KW以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。
⑵繞線式轉(zhuǎn)子:繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似,也是一個對稱的三相繞組,一般接成星形,三個出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個集流環(huán)上,再通過電刷與外電路聯(lián)接。
特點:結(jié)構(gòu)較復雜,故繞線式電動機的應(yīng)用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件,用以改善異步電動機的起、制動性能及調(diào)速性能,故在要求一定范圍內(nèi)進行平滑調(diào)速的設(shè)備,如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面采用。
(三)三相異步電動機的其它附件
1、端蓋:支撐作用。
2、軸承:連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。
3、軸承端蓋:保護軸承。
4、風扇:冷卻電動機。
注意事項
⑴在拆卸前,要用壓縮空氣吹凈電機表面灰塵,并將表面污垢擦拭干凈。
⑵選擇電機解體的工作地點,清理現(xiàn)場環(huán)境。
⑶熟悉電機結(jié)構(gòu)特點和檢修技術(shù)要求。
⑷準備好解體所需工具(包括專用工具)和設(shè)備。
⑸為了進一步了解電機運行中的缺陷,有條件時可在拆卸前做一次檢查試驗。為此,將電機帶上負載試轉(zhuǎn),詳細檢查電機各部分溫度、聲音、振動等情況,并測試電壓、電流、轉(zhuǎn)速等,然后再斷開負載,單獨做一次空載檢查試驗,測出空載電流和空載損耗,做好記錄。
⑹切斷電源,拆除電機外部接線,做好記錄。
⑺選用合適電壓的兆歐表測試電機絕緣電阻。為了跟上次檢修時所測的絕緣電阻值相比較以判斷電機絕緣變化趨勢和絕緣狀態(tài),應(yīng)將不同溫度下測出的絕緣電阻值換算到同一溫度,一般換算至75℃。
⑻測試吸收比K。當吸收比大于1.33時,表明電機絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴重。為了跟以前數(shù)據(jù)進行比較,同樣要將任意溫度下測得的吸收比換算到同一溫度。

電動機的功率與轉(zhuǎn)矩

電動機的功率,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械所需要的功率來選擇,盡量使電動機在額定負載下運行。選擇時應(yīng)注意以下兩點:

① 如果電動機功率選得過?。蜁霈F(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象,造成電動機長期過載.使其絕緣因發(fā)熱而損壞.甚至電動機被燒毀。

② 如果電動機功率選得過大.就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象.其輸出機械功率不能得到充分利用,功率因數(shù)和效率都不高,不但對用戶和電網(wǎng)不利。而且還會造成電能浪費。

要正確選擇電動機的功率,必須經(jīng)過以下計算或比較:

P=F*V /1000 (P=計算功率 KW, F=所需拉力 N,工作機線速度 M/S)

對于恒定負載連續(xù)工作方式,可按下式計算所需電動機的功率:

P1(kw):P=P/n1n2

式中 n1為生產(chǎn)機械的效率;n2為電動機的效率,即傳動效率。

按上式求出的功率P1,不一定與產(chǎn)品功率相同。因此.所選電動機的額定功率應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。

此外.最常用的是類比法來選擇電動機的功率。所謂類比法。就是與類似生產(chǎn)機械所用電動機的功率進行對比。

具體做法是:了解本單位或附近其他單位的類似生產(chǎn)機械使用多大功率的電動機,然后選用相近功率的電動機進行試車。試車的目的是驗證所選電動機與生產(chǎn)機械是否匹配。

驗證的方法是:使電動機帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn),用鉗形電流表測量電動機的工作電流,將測得的電流與該電動機銘牌上標出的額定電流進行對比。如果電功機的實際工作電流與銘脾上標出的額定電流上下相差不大.則表明所選電動機的功率

合適。如果電動機的實際工作電流比銘牌上標出的額定電流低70%左右.則表明電動機的功率選得過大,應(yīng)調(diào)換功率較小的電動機。如果測得的電動機工作電流比銘牌上標出的額定電流大40%以上.則表明電動機的功率選得過小,應(yīng)調(diào)換功率較大的電動機。

實際上應(yīng)該是考慮扭矩(轉(zhuǎn)矩),電機功率和轉(zhuǎn)矩是有計算公式的。

即 T = 9550P/n

式中:

P — 功率,kW;

n — 電機的額定轉(zhuǎn)速,r/min;

T — 轉(zhuǎn)矩,Nm。

電機的輸出轉(zhuǎn)矩一定要大于工作機械所需要的轉(zhuǎn)矩,一般需要一個安全系數(shù)。

關(guān)于功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的推導如下:

功率=力*速度

P=F*V---公式1

轉(zhuǎn)矩(T)=扭力(F)*作用半徑(R)------推出F=T/R---公式2

線速度(V)=2πR*每秒轉(zhuǎn)速(n秒)=2πR*每分轉(zhuǎn)速(n分)/60=πR*n分/30---公式3

將公式2、3代入公式1得:

P=F*V=T/R*πR*n分/30=π/30*T*n分-----P=功率單位W,T=轉(zhuǎn)矩單位Nm,n分=每分鐘轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)/分鐘

如果將P的單位換成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

這就是為什么會有功率和轉(zhuǎn)矩*轉(zhuǎn)速之間有個9550的系數(shù)的關(guān)系。。。

適用于伺服電機額定功率、額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系互導,但實際的額定轉(zhuǎn)矩值應(yīng)該是實際測量出來為準,因為有能量轉(zhuǎn)換效率問題,基本數(shù)值大體一致,會有細微減小。。。


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