关于电机功率、转矩和惯量等2016-10-28

针对某一特定应用场合,需要选择一款电机时,则要考虑一系列的数据,如转速、转矩、负载惯量等,使所选择的电机在满足要求的同时不会造成浪费,徒增成本。

 

额定功率P、额定转速N和额定转矩T

    有这样一条公式,转速N(rpm)可以从功率P(W)和转矩T(N·m)算得:

 

    公式说明,同一功率下,转矩和转速成反比,即使用减速箱放大输出转矩时,同时会减少转速。

    从力的做功角度,得推导过程如下:

 

    其中:

       F为电机输出合力,单位为N(牛);

       r为力臂,单位为m(米);

       N为电机转速,单位为rpm(转/分)。

 

    我们知道,转矩T的定义是力(F)乘以力臂(r),即:

T=F·r

    故,把上式代入可得:

P=(2π/60) ·T·N  =0.105·T·N

      

    其中:

    P为电机额定功率,单位为W;

       T为电机额定转矩,单位为N·m;

       N为电机额定转速,单位为rpm。

 

惯量和力矩的关系

电机有小惯量、中惯量和大惯量电机之分,同一功率下,电机转动惯量J越大,则电机的输出转矩越大,但速度越低。故,小惯量电机有响应速度快的优点,当然,这前提是其所拖负载的惯量不能太大。

惯量的单位为Kgm2,其定义如下,从能量角度:

 

由于式中质量和半径对于特定对象,是不变的,所以把它们提取出来,便成为了惯量J:

J=mr²

从做功的角度分析,电机输出转矩做功W为:

 

理想下,电机转矩做功全部转化为功能,得:

W=E

故得:

 

即:

 

其中:

T为转矩,单位为N·m;

J为总惯量,单位为Kgm2

β为角加速度,单位为rad/s2

从式中可得到,惯量和加速度有直接关系,在特定应用场合,如果负载惯量恒定且已知,则可从要求的加速要求算出电机的输出转矩,作为电机选型的参数之一。

 

总结

关于电机的额定功率、额定转矩、额定转速、转动惯量,如果为一电机安装减速箱,则电机的安额定功率不变,额定转矩增大、额定转速减少、转动惯量增大。

所以,为一系统选择电机,需要知道系统的负载惯量、要求的最大转速、要求的最大加/减速时间、系统电压等要求、从而算出一系列的电机参数,再进行电机选型,从而既能满足系统要求又不构成浪费。

 

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