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电机原理及几个重要公式

发布时间:2020-11-04 责任编辑:wenwei

【导读】电机,一般指电动机,也称马达,是现代化工业及生活中极为普遍的东西,也是将电能变为机械能的最主要设备。汽车、高铁、飞机、风机、机器人、自动门、水泵、硬盘甚至我们最普遍拥有的手机,都安装了电机。
 
很多初接触电机的或者刚学习电机拖动知识的,可能会觉得电机知识不好理解,甚至看到相关的课程就头大,有着“学分杀手”的称呼。下面通过零散式分享,可以让新手快速了解交流异步电机原理。
 
★电机的原理:电机的原理很简单,简单的说就是利用电能在线圈上产生旋转磁场,并推动转子转动的装置。学过电磁感应定律的都知道,通电的线圈在磁场中会受力转动,电机的基本原理就是如此,这是初中物理的知识。
 
★电机结构:拆开过电机的人都知道,电机主要是两部分组成,固定不动的定子部分以及转动的转子部分,具体如下:
 
1、定子(静止部分)
 
●   定子铁心:电机磁路重要部分,并在其上放置定子绕组;
 
●   定子绕组:就是线圈,电动机的电路部分,接电源,用于产生旋转磁场;
 
●   机座:固定定子铁心及电机端盖,并起防护、散热等作用;
 
2、转子(旋转部分)
 
●   转子铁心:电机磁路的重要部分,在铁心槽内放置转子绕组;
 
●   转子绕组:切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流,并形成电磁转矩从而使电动机旋转;
 
电机原理及几个重要公式
 
★电机的几个计算公式:
 
1、电磁相关的
 
1)电动机的感应电动势公式:E=4.44*f*N*Φ,E为线圈电动势、 f为频率 、 S为环绕出的导体(比如铁芯)横截面积、 N为匝数、Φ是磁通。
 
公式是怎么推导来的,这些事情我们就不去钻研了,我们主要是看看怎么利用它。感应电动势是电磁感应的本质,有感应电动势的导体闭合后,就会产生感应电流。感应电流在磁场中就会受到安培力,产生磁矩,从而推动线圈转动。
 
从上面公式知道,电动势大小与电源频率、线圈匝数及磁通量成正比。
 
磁通量计算公式Φ=B*S*COSθ,当面积为S的平面与磁场方向垂直的时候,角θ为0,COSθ就等于1,公式就变成Φ=B*S。
 
电机原理及几个重要公式
 
将上面两个公式结合一下,就可以得到电机磁通强度计算公式为:B=E/(4.44*f*N*S)。
 
2)另外一个是安培力公式,我们要知道线圈受到的力是多少,就需要这个公式F=I*L*B*sinα,其中I为电流强度,L为导体长度,B为磁场强度,α是电流方向与磁场方向间的夹角。当导线垂直于磁场时候,公式就变成F=I*L*B了(如果是N匝线圈的话,磁通B就是N匝线圈的总磁通,而不需要再乘N了)。
 
知道了受力,就知道转矩,转矩等于扭力乘以作用半径,T=r*F=r*I*B*L(向量乘积)。通过功率=力*速度(P=F*V)以及线速度V=2πR*每秒转速(n秒)两个公式 ,可以与功率建立上关系,得到下面序号3的公式。不过要注意,这时候使用实际输出扭矩,所以计算出的功率是输出功率。
 
2、交流异步电机的转速计算公式:n=60f/P,这个很简单,转速与电源频率成正比,与电机极对子(记住是一对)数成反比,直接套用公式就好。不过这个公式实际计算出是同步转速(旋转磁场速度),异步电机实际转速会略低于同步转速,所以我们往往会看到4极电机一般是1400多转,达不到1500转。
 
3、电机转矩、功率计转速的关系:T=9550P/n(P是电机功率、n是电机转速),可以从上面序号1内容中推导出来,不过我们没必要学会推导,记住这个计算公式就可以。不过再次提醒,公式中功率P不是输入功率,而是输出功率,由于电机有损耗,输入功率不等于输出功率。但是书本上往往理想化,将输入功率等于输出功率了。
 
电机原理及几个重要公式
 
4、电机功率(输入功率):
 
1)单相电机功率计算公式:P=U*I*cosφ,如果功率因数为0.8,电压为220V,电流为2A,那么功率P=0.22×2×0.8=0.352KW。
 
2)三相电机功率计算公式:P=1.732*U*I*cosφ(cosφ为功率因素、U为负载线电压、I为负载线电流)。不过这类的U和I与电机的接法有关,星形接法的时候,由于三个相隔120°电压的线圈公共端连接一起,形成一个0点,所以加载在负载线圈的电压实际是相电压;而三角形接法时,每个线圈两端各连一根电源线,所以加载负载线圈上的电压就是线电压。如果使用的是我们常用的3相380V电压,星形接法时候线圈是220V,而三角形则是380V,P=U*I=U^2/R,所以三角形接法时功率是星形接法的3倍,这也就是为什么大功率电机采用星三角降压启动的原因。
 
掌握了上面的公式,理解透彻,电机的原理就不会在困惑了,也不会在怕学习电机拖动这种高挂科的课程。
 
★电机的其他部件
 
电机原理及几个重要公式
 
1)风扇:一般安装在电机尾部,用于给电机散热;
 
2)接线盒:用于接入电源,如交流三相异步电机,还可以根据需要接星形或者三角形;
 
3)轴承:连接电机旋转和不动部分;
 
4、端盖:电机外面的前后盖子,起支撑作用。
 
 
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