电机选型计算公式与知识点汇总

电动车千人会 2024-09-27 11:21 5129浏览 0评论 5点赞

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今天我们来讲讲不同的机械传动机构中电机选型计算时候的一些计算方法和公式。

减速机传动

注：电机选型的方法是先计算整个传动系统的转矩转换到电机轴上的转矩，然后根据该参数选择电机（下同）。

皮带或链条传动

这种传动方式在非标设计要求中经常用到。

齿轮齿条传动

螺杆传动

包含螺纹传动、丝杆传动等。

折算到电机的转矩 :

按照能量守恒定律，

如果我们考虑到螺杆、负载及工作台的数据和效率

传送带

齿轮齿条传动

常见传动机构的机械的效率

阿基米德螺杆(带铜衬套) : 0.35 - 0.65

阿基米德螺杆(塑料衬套)：0.50-0.85

滚珠丝杠 : 0.75- 0.85

预加载滚珠丝杠：0.85 - 0.95

正齿轮 : ~ 0.75

锥齿轮 : 0.90 - 0.95

蜗轮 : 0.45 - 0.85

链轮 : ~ 0.95, 0.98

调速皮带 : ~ 0.96, 0.98

轴承 : ~ 0.98

摩擦

摩擦的公共模型有三个组成部分 :

1，滑动摩擦: 幅值大致不变.

2，零速时的粘滞摩擦 (静摩擦).

从零速到滑行的摩擦过渡不明显.

仅仅在很低的速度下发生.

对系统有不稳定的影响, 会造成粘滑运动的现象.

3，与速度成正比的粘滞阻尼.

常见的滑动摩擦系数

钢对钢 : ~ 0.58

钢对钢 (涂脂) : ~ 0.15

铝对钢 : ~ 0.45

黄铜对钢 : ~ 0.35

紫铜对钢 : ~ 0.58

塑料对钢 : ~ 0.15, 0.25

惯量系数

低惯量 = 高加速度（解读：选用低惯量的电机可以快速启动）

牛顿定律告诉我们，对于一个旋转的系统 :

M = J ω’

M : 转矩 (Nm)

J : 惯量 (Kg.m²)

ω’ : 角加速度（rd/s²）

ω’ = M / J (加速度 = 转矩 / 惯量)

补充：

对于直线运动系统，

F=m·a

F：力 (N)；

m：物体的质量 (Kg)

a：直线加速度（m/s²）

旋转运动系统与直线运动系统参数有对应的关系。

低惯量电机特性 :

允许高动态系统

增加系统带宽

电机计算常用的公式

1、电动机的感应电动势公式

E=4.44*f*N*Φ

E：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。

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

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

B=E/（4.44*f*N*S）。

2、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

式中：

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

（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4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。

3、交流异步电机的转速计算公式

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。

4、电机转矩、功率计转速的关系

电机转矩、功率计转速的关系：

T=9550P/n

P：电机功率；

n：电机转速

可以从上面序号1内容中推导出来，不会会推导没关系，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。

5、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：

P=1.732*U*I*cosφ

cosφ：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。

注：以上公式中没有特别给出参数单位说明的都是国际制单位。

来源：机械设计君

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