電動機(jī)的輸出功率公式(電動機(jī)的機(jī)械功率)

什么是力量？在最基本的形式中，電源是在一定時間段內(nèi)執(zhí)行的操作。在電動機(jī)中，根據(jù)以下科學(xué)定律將電能轉(zhuǎn)換并傳遞給負(fù)載。

在電氣系統(tǒng)中，電壓是移動電子所需的力。電流是每秒通過施加特定電壓的材料的電荷流率。可以通過將電壓乘以相關(guān)電流來確定功率。

P=V * I，其中功率（P）是瓦特，電壓（V）是伏特，電流（I）是安培。

瓦特（W）是定義為每秒1焦耳的功率單位。對于直流電源，計(jì)算只需將電壓乘以電流即可。 W=V xA。但是，要確定交流電源的功率（瓦），您需要包括功率因數(shù)（PF），因此W=V x A x PF。

功率因數(shù)是-1與1之間的無單位比率，表示在負(fù)載下執(zhí)行任務(wù)的有功功率。在功率因數(shù)幾乎總是小于1的情況下，有功功率會丟失。這是因?yàn)锳C電路中的電壓和電流本質(zhì)上是正弦波，并且AC電路中的電流和電壓的幅度不斷變化，并且通常不完全對齊。

功率是電壓乘以電流（P=V * I），因此并排放置電壓和電流具有最高功率，從而導(dǎo)致電壓和電流波形出現(xiàn)峰值和零點(diǎn)。同時。這是簡單電阻負(fù)載的典型性能。在這種情況下，兩個波形彼此“同相”，并且功率因數(shù)為1。這是一種罕見的情況，因?yàn)閹缀跛胸?fù)載都是完全非電阻性的。

當(dāng)兩個信號在點(diǎn)之間不相關(guān)時，這兩個波形稱為“異相”或“移相”。這可能是由感性或非線性負(fù)載引起的。在這種情況下，功率因數(shù)將小于1，并且將獲得較少的有功功率。

交流電路的電流和電壓可能會有波動，因此有幾種測量功率的方法。

有功或有功功率是電路實(shí)際使用的功率量，以瓦特為單位。數(shù)字功率分析儀使用一種技術(shù)將輸入電壓和電流波形數(shù)字化，以根據(jù)圖1中的方法計(jì)算實(shí)際功率。

在此示例中，瞬時電壓乘以瞬時電流（I），然后在特定時間段（t）上積分。無論功率因數(shù)如何，都可以對任何類型的波形執(zhí)行有功功率計(jì)算（圖2）。

諧波會帶來額外的復(fù)雜性。即使電網(wǎng)以標(biāo)稱60 Hz的頻率運(yùn)行，電路中也可能存在許多其他頻率或諧波，并且可能還會有DC或DC分量。包括諧波在內(nèi)的所有因素均被考慮并相加以計(jì)算總功率。

圖2中的計(jì)算方法用于為所有類型的波形（包括直至儀器帶寬的所有諧波）提供有功功率測量和實(shí)際RMS測量。

功率測量

接下來，我們研究如何實(shí)際測量給定電路中的功率。功率計(jì)是一種使用電壓和電流來確定功率的工具。金發(fā)理論說，總功率至少應(yīng)比電線數(shù)量少1瓦。例如，單相兩線電路使用功率計(jì)進(jìn)行電壓和電流測量。

單相，三線分相系統(tǒng)通常出現(xiàn)在常規(guī)機(jī)柜接線中。這些系統(tǒng)需要兩個功率計(jì)來測量功率。

大多數(shù)工業(yè)電動機(jī)使用三相三線電路，該電路使用兩個瓦特表進(jìn)行測量。同樣，三相四線制電路需要三個功率計(jì)，而第四根線是零線。

此方法簡化了安裝和接線配置，因?yàn)樗恍枰O(jiān)視2個電流和2個電壓即可，而不是3個。它還可以準(zhǔn)確地測量平衡或不平衡系統(tǒng)的功率。它的靈活性和廉價的安裝使其成為僅需要測量功率或其他參數(shù)的生產(chǎn)測試的理想選擇。

對于工程和研發(fā)工作，三相三線三功率計(jì)方法是最合適的。因?yàn)樗峁┝丝捎糜谄胶庳?fù)載和確定實(shí)際功率因數(shù)的其他信息。此方法使用所有三個電壓和所有三個電流。它測量所有三個電壓（a到b，b到c，c到a）并監(jiān)視所有三個電流。

功率因數(shù)測量

確定正弦波的功率因數(shù)時，功率因數(shù)等于電壓和電流之間的夾角（Cos?）的余弦值。這被定義為“位移”功率因數(shù)，僅對正弦波準(zhǔn)確。對于所有其他波形（非正弦波），功率因數(shù)定義為有功功率（以瓦特為單位）除以視在功率（以安培計(jì)）。這稱為“真實(shí)”功率因數(shù)，可用于所有正弦波和非正弦波波形。

但是，如果負(fù)載不平衡（相電流不同），則在計(jì)算中僅使用2 VA的測量值，這可能導(dǎo)致功率因數(shù)計(jì)算中的誤差。由于假設(shè)兩個VA相等，因此我們將它們平均。但是，如果不這樣做，可能會得到錯誤的結(jié)果。

因此，對于不平衡負(fù)載，最好使用3瓦特計(jì)法，因?yàn)樗梢詾槠胶饣虿黄胶庳?fù)載提供準(zhǔn)確的功率因數(shù)計(jì)算。

橫河電機(jī)和其他功率分析儀使用上述方法，稱為3V-3A（3電壓3電流）接線方法。這是工程和設(shè)計(jì)工作的最佳方法，因?yàn)樗梢詾槠胶饣虿黄胶獾娜€系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的總功率因數(shù)和VA測量。

基本機(jī)械功率測量

在電動機(jī)中，機(jī)械功率定義為速度乘以轉(zhuǎn)矩。機(jī)械功率通常定義為千瓦（kW）或馬力（hp），1瓦等于每秒1焦耳或每秒1牛頓米。

馬力是每小時執(zhí)行一次的操作。一匹馬力每分鐘等于33,000磅-英尺。使用以下關(guān)系式將馬力轉(zhuǎn)換為瓦： 1馬力=745.69987W。但是，通常使用746W/hp簡化轉(zhuǎn)換。

對于交流感應(yīng)電動機(jī)，實(shí)際或轉(zhuǎn)子速度是軸（轉(zhuǎn)子）旋轉(zhuǎn)的速度，通常使用轉(zhuǎn)速表進(jìn)行測量。同步速度是定子磁場旋轉(zhuǎn)的速度，是線頻的120倍除以電動機(jī)中的極數(shù)。理論上，同步速度是電動機(jī)的最大速度，但是由于損耗，轉(zhuǎn)子始終以比同步速度稍慢的速度旋轉(zhuǎn)，該速度差定義為滑差。

滑差是轉(zhuǎn)子速度和同步速度之間的差。要確定滑移率，可以使用簡單的百分比計(jì)算除以同步速度減去轉(zhuǎn)子速度。

效率可以用最簡單的形式表示：輸出功率與總輸入功率之比，或者效率=輸出功率/輸入功率。對于電動機(jī)，輸出功率是機(jī)械功率，輸入功率是功率，因此效率方程變?yōu)樾?機(jī)械功率/電氣輸入功率。

強(qiáng)大的電動機(jī)

壓電超聲電機(jī)具有兩個重要的優(yōu)點(diǎn)：高能量密度和簡單的結(jié)構(gòu)，兩者都有助于實(shí)現(xiàn)小型化。我們使用體積約為1立方毫米的定子制造了原型微超聲電機(jī)。我們的實(shí)驗(yàn)表明，在1立方毫米的定子中，原型電機(jī)產(chǎn)生的扭矩大于10μN(yùn)m。現(xiàn)在，這種新型電動機(jī)是最小的超緊湊型超聲波電動機(jī)，并且已經(jīng)開發(fā)出實(shí)用的扭矩。

從移動和可穿戴設(shè)備到微創(chuàng)醫(yī)療設(shè)備，各種各樣的應(yīng)用都需要小型執(zhí)行器。但是，與制造相關(guān)的限制限制了1mm規(guī)模的部署。最普通的電磁電動機(jī)被小型化并且需要許多復(fù)雜的組件（例如線圈，磁體和軸承），以由于污染而表現(xiàn)出嚴(yán)重的扭矩耗散。靜電馬達(dá)使用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)出色的可伸縮性，但動力不足會限制其進(jìn)一步發(fā)展。

壓電超聲電機(jī)由于其高扭矩密度和簡單的組件而有望成為高性能的微型電機(jī)。迄今為止報(bào)道的最小的常規(guī)超聲馬達(dá)具有直徑為0.25 mm，長度為1 mm的金屬零件。但是，包括預(yù)緊機(jī)構(gòu)在內(nèi)的整體尺寸為2-3mm，扭矩值太小（47nNm），無法在許多應(yīng)用中用作致動器。

結(jié)論

在測量電動機(jī)的功率時，必須考慮許多因素，例如總功率因數(shù)和實(shí)際功率因數(shù)。由于這些測量涉及復(fù)雜的方程式，因此大多數(shù)企業(yè)使用功率分析儀自動生成結(jié)果。

在決定使用功率分析儀之后，您需要確定頻率范圍和精度等級。儀器兼容性是確保準(zhǔn)確讀數(shù)的另一個重要方面，特別是對于電流互感器而言，應(yīng)考慮分析儀的輸入/選項(xiàng)。給定正確的傳感器輸入，功率分析儀也可以用于機(jī)械功率測量。選擇合適的速度和扭矩傳感器是確定機(jī)械功率的第一步。