电机转矩功率转速电压电流之间的关系及计算公式

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 一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩。转矩与功率及转速的关系：转矩(T)=9550*功率(P)/转速(n)?即:T=9550P/公式【1】由此可推导出：转矩=9550*功率/转速 =功率二转速*转矩/9550,即P=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(T)二扭力(F)*作用半

2、径(R)推出F=T/R-公式【4】线速度(V)=2 n R*每秒转速h秒)=2 n R*每分转速n分)/60= n R*n分/30- 公式【5】 将公式【4】、【5】代入公式【3】得：P=F*V=T/R*n R*n分/30 = n /30*T*n分P=功率单位wT=转矩单位N.m n分=每分钟转速单位转/分钟如果将p的单位换成Kvy那么就是如下公式：P*1000n /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矩*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=电压

3、U*电流I，即P=UI公式【6】由于公式【2】中的功率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=UI/100公式【7】= =Tn/9.55=UI公式【8】=T=9.55UI/n公式【9】=U=Tn/9.551公式【10】=l=9.55U/Tn公式【11】方程式【7】、【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9500十1000之后的值。转矩

4、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

5、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： 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=F*V/1000（P=计算功率KW卩=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/n1 n2按上式求出

6、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

7、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。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。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），而在需要进行调速控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的恶劣环 境；

9、（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，并进一步重视和加

10、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 显着的发展。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展过程。二：变频器

11、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控制的交流拖 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控制，电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等 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 和阀门进行的风量、流量和扬程的控制，所

12、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，异步电动机的调速控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。一 般来说，通用型变频器的调速

13、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。禾I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控制时，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装置。此外，对在电网电 源下运

14、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流调速系统来说，由于电动机的

15、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控制是通过改变变频 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

16、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，理论上讲异步电动 机的转速可以达到相当高的速度。由于

17、异步电动机的转速为：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，二极电动机的 最高速度只能达到 3000r/min。为了得到更高的转速，则必须使用专用的高 频电源或使用机械增速装置进行增速。与此相比，目前高频变频器的输出频 率已经可以达到 3000KH Z,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的高速。而且随着变频器技术的发展， 高频电源的输出频率也在不断提高，因此进行更高速度的驱动也将成为可能。此外，与采用机械增速装置的高速驱动系统相比，由于采

18、用高频变频器的高 速驱动系统中并不存在异步电动机以外的机械装置，其可靠性更好，而且保 养和维修也更加简单。在变频器调速控制系统中，变频器和电动机是可以分 离设置的。因此，通过和各种不同的异步电动机的适当组合，可以得到使用 于各种工作环境的交流调速系统，而对变频器本身并没有特殊要求。例如， 对有防爆和防腐蚀要求的环境，只需将电动机换为专用电动机，而使用普通的变频器并将其安装在有防爆和防腐蚀要求的环境之外的普通环境即可。由 于变频器本身对外部来说可以看作是一个可以进行调频调压的交流电源，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 投资的目的。而对于直流调速系统来说，则很

19、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，所有的电动机将会以 同样的速度（同步转速）运转，而当驱动对象为容量和负载都不相同的异步 电动机时，则由于转差的原因，各电动机之间会存在一定的速度差。因为变 频器时通过交流一直流的电源变换后对异步电动机进行驱动的，所以电源的 功率因数不受电动机功率因数的影响，几乎为定值。此外，当用电网电源对 异步电动机进行驱动时，电动机的起动电流为额定电流的56倍，而在采用变频器对异步电动机记性驱动时，由于可以将变频器的输出频率降至很低时 起动，电动机的起动电流很小，因而变频器输入端电源的容量也可以比较小。一般来说，变频器输入端电源的容

20、量只需为电动机输出容量的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的作用。随着控制理论、交 流调速理论和电子技术的发展，变频器技术也得到了充分的重视和发展，目 前，有高性能变频器和专用的异步电动机组成的控制系统在性能上已经达到 和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的优点，所以在许多需要进行 高速高精度控制的应用中这种高性能的交流调速系统正在逐步替代直流伺服 系统。而且由于高性能的变频器的外部接口功能也非常丰富，可以将其作为 自动控制系统中的一个部件使用，构成所需的自动控制系统。由于变频器具 有上述优点，因而在

21、各种领域中得到了广泛的应用。三： 变频器技术的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的电力电子技术和微电子技术都经理了飞跃性的发展，随着新型电力电 子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比 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的进一步小 型化而做着新的努力。从技术方面来看，随着变频器市场的进一步扩大，今 后变频器技术将会随着与变频器有关的技术的发展在下面几个方面进一步得 到发展：（1）大容量和小体积化；（2）高性能和多功能化；（3）易操 作性的提高；（4）寿命和可靠性增加；（5）无公害化。大容量化和小体 积化将会

22、随着电力半导体器件的发展而不断的到发展。近年来，采用电压驱动的电力半导体器件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）和功率 MOSFE（场效应管）的各种领域。此外，以IGBT为开关器件的IPM（Intelligent Power Module,智能功率模块）和单片功率 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，具有高性能和可靠性好 的优点，所以随着它们在大电流化和高耐压化方面的发展，必将在中小型变 频器中得到更加广泛的应用。随着微电子技术和半导体技术的发展，用

23、于变 频器的CPU和半导体器件以及各种传感器的性能越来越高。而随着变频器技 术的发展，交流调速理论日益成熟，现代控制理论也在不断得到新的应用。 这些都为进一步提高变频器的性能提供了条件。此外，随着变频器的进一步 推广应用，拥护也在不断提出各种新的要求，促使变频器的生产厂家不断地 在提高变频器性能和变频器功能方面做出新的努力，以满足用户的需要和争 取在激烈的市场竞争中立于不败之地。随着变频器市场的不断扩大，如何进 一步提高变频器的易操作性，使普通的技术人员甚至非技术人员也能很快的 掌握变频器的使用技术已经成为厂家必须考虑的问题。因为只有容易操作的 产品才能够不断获得新的用户，并进一步扩大市场，所

24、以今后的新型变频器 将更加容易操作。随着半导体技术的发展和电力电子技术的发展，变频器中 所使用的各种元器件的寿命和可靠性都在不断提高，这些都将使变频器本身 的寿命和可靠性进一步增加。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”的名称。因此，对于变频器来说，也必须考虑其对周围 环境的影响。在变频器推广应用的初期，噪声问题曾经是一个比较大的问题。随着IGBT的低噪声变频器的出现，这个问题已经基本上得到了解决。但是， 随着噪声问题的解决，人们的目光又转向了变频器对周围环境的其它影响并 在不断探索新的解决办法。例如，对于采用了二极管整流电路和电压形PWM逆变电路的变频器来说，变频器本身造成的高次谐波将给电源电压和电流