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          電機(jī),馬達(dá)原理及幾個(gè)重要換算公式

          閱讀:2054        發(fā)布時(shí)間:2021-3-23

          電機(jī),一般指電動(dòng)機(jī),也稱馬達(dá),是現(xiàn)代化工業(yè)及生活中極為普遍的東西,也是將電能變?yōu)闄C(jī)械能的主要設(shè)備。汽車、高鐵、飛機(jī)、風(fēng)機(jī)、機(jī)器人、自動(dòng)門、水泵、硬盤甚至我們z普遍擁有的手機(jī),都安裝了電機(jī)。

          很多初接觸電機(jī)的或者剛學(xué)習(xí)電機(jī)拖動(dòng)知識(shí)的,可能會(huì)覺得電機(jī)知識(shí)不好理解,甚至看到相關(guān)的課程就頭大,有著“學(xué)分殺手”的稱呼。下面通過零散式分享,可以讓新手快速了解交流異步電機(jī)原理。

          ★電機(jī)的原理:電機(jī)的原理很簡(jiǎn)單,簡(jiǎn)單的說就是利用電能在線圈上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),并推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。學(xué)過電磁感應(yīng)定律的都知道,通電的線圈在磁場(chǎng)中會(huì)受力轉(zhuǎn)動(dòng),電機(jī)的基本原理就是如此,這是初中物理的知識(shí)。

          ★電機(jī)結(jié)構(gòu):拆開過電機(jī)的人都知道,電機(jī)主要是兩部分組成,固定不動(dòng)的定子部分以及轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子部分,具體如下:

           

          1、定子(靜止部分)

          定子鐵心:電機(jī)磁路重要部分,并在其上放置定子繞組;

          定子繞組:就是線圈,電動(dòng)機(jī)的電路部分,接電源,用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng);

          機(jī)座:固定定子鐵心及電機(jī)端蓋,并起防護(hù)、散熱等作用;

           

          2、轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)

          轉(zhuǎn)子鐵心:電機(jī)磁路的重要部分,在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組;

          轉(zhuǎn)子繞組:切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流,并形成電磁轉(zhuǎn)矩從而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn);

           

          ★電機(jī)的幾個(gè)計(jì)算公式:

          1、電磁相關(guān)的

          1)電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式:E=4.44*f*N*Φ,E為線圈電動(dòng)勢(shì)、 f為頻率 、 S為環(huán)繞出的導(dǎo)體(比如鐵芯)橫截面積、 N為匝數(shù)、Φ是磁通。

          公式是怎么推導(dǎo)來的,這些事情我們就不去鉆研了,我們主要是看看怎么利用它。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是電磁感應(yīng)的本質(zhì),有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的導(dǎo)體閉合后,就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中就會(huì)受到安培力,產(chǎn)生磁矩,從而推動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。

          從上面公式知道,電動(dòng)勢(shì)大小與電源頻率、線圈匝數(shù)及磁通量成正比。

          磁通量計(jì)算公式Φ=B*S*COSθ,當(dāng)面積為S的平面與磁場(chǎng)方向垂直的時(shí)候,角θ為0,COSθ就等于1,公式就變成Φ=B*S。

           

          將上面兩個(gè)公式結(jié)合一下,就可以得到電機(jī)磁通強(qiáng)度計(jì)算公式為:B=E/(4.44*f*N*S)。

          2)另外一個(gè)是安培力公式,我們要知道線圈受到的力是多少,就需要這個(gè)公式F=I*L*B*sinα,其中I為電流強(qiáng)度,L為導(dǎo)體長(zhǎng)度,B為磁場(chǎng)強(qiáng)度,α是電流方向與磁場(chǎng)方向間的夾角。當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)時(shí)候,公式就變成F=I*L*B了(如果是N匝線圈的話,磁通B就是N匝線圈的總磁通,而不需要再乘N了)。

          知道了受力,就知道轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩等于扭力乘以作用半徑,T=r*F=r*I*B*L(向量乘積)。通過功率=力*速度(P=F*V)以及線速度V=2πR*每秒轉(zhuǎn)速(n秒)兩個(gè)公式 ,可以與功率建立上關(guān)系,得到下面序號(hào)3的公式。不過要注意,這時(shí)候使用實(shí)際輸出扭矩,所以計(jì)算出的功率是輸出功率。

           

          2、交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式:n=60f/P,這個(gè)很簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比,與電機(jī)極對(duì)子(記住是一對(duì))數(shù)成反比,直接套用公式就好。不過這個(gè)公式實(shí)際計(jì)算出是同步轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度),異步電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速會(huì)略低于同步轉(zhuǎn)速,所以我們往往會(huì)看到4極電機(jī)一般是1400多轉(zhuǎn),達(dá)不到1500轉(zhuǎn)。

           

          3、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、功率計(jì)轉(zhuǎn)速的關(guān)系:T=9550P/n(P是電機(jī)功率、n是電機(jī)轉(zhuǎn)速),可以從上面序號(hào)1內(nèi)容中推導(dǎo)出來,不過我們沒必要學(xué)會(huì)推導(dǎo),記住這個(gè)計(jì)算公式就可以。不過再次提醒,公式中功率P不是輸入功率,而是輸出功率,由于電機(jī)有損耗,輸入功率不等于輸出功率。但是書本上往往理想化,將輸入功率等于輸出功率了。

           

          4、電機(jī)功率(輸入功率):

          1)單相電機(jī)功率計(jì)算公式:P=U*I*cosφ,如果功率因數(shù)為0.8,電壓為220V,電流為2A,那么功率P=0.22×2×0.8=0.352KW。

          2)三相電機(jī)功率計(jì)算公式:P=1.732*U*I*cosφ(cosφ為功率因素、U為負(fù)載線電壓、I為負(fù)載線電流)。不過這類的U和I與電機(jī)的接法有關(guān),星形接法的時(shí)候,由于三個(gè)相隔120°電壓的線圈公共端連接一起,形成一個(gè)0點(diǎn),所以加載在負(fù)載線圈的電壓實(shí)際是相電壓;而三角形接法時(shí),每個(gè)線圈兩端各連一根電源線,所以加載負(fù)載線圈上的電壓就是線電壓。如果使用的是我們常用的3相380V電壓,星形接法時(shí)候線圈是220V,而三角形則是380V,P=U*I=U^2/R,所以三角形接法時(shí)功率是星形接法的3倍,這也就是為什么大功率電機(jī)采用星三角降壓?jiǎn)?dòng)的原因。

          掌握了上面的公式,理解透徹,電機(jī)的原理就不會(huì)在困惑了,也不會(huì)在怕學(xué)習(xí)電機(jī)拖動(dòng)這種高掛科的課程。

          ★電機(jī)的其他部件

          1)風(fēng)扇:一般安裝在電機(jī)尾部,用于給電機(jī)散熱;

          2)接線盒:用于接入電源,如交流三相異步電機(jī),還可以根據(jù)需要接星形或者三角形;

          3)軸承:連接電機(jī)旋轉(zhuǎn)和不動(dòng)部分;

          4、端蓋:電機(jī)外面的前后蓋子,起支撐作用。

           

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