電機原理及幾個重要公式

芯師爺|Core master|

2022-03-07 03:22:20 8

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電機，一般指電動機，也稱馬達，是現代化工業及生活中極為普遍的東西，也是將電能變為機械能的最主要設備。汽車、高鐵、飛機、風機、機器人、自動門、水泵、硬盤甚至我們最普遍擁有的手機，都安裝了電機。

很多初接觸電機的或者剛學習電機拖動知識的，可能會覺得電機知識不好理解，甚至看到相關的課程就頭大，有著“學分殺手”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原理。

電機的原理：電機的原理很簡單，簡單的說就是利用電能在線圈上產生旋轉磁場，并推動轉子轉動的裝置。學過電磁感應定律的都知道，通電的線圈在磁場中會受力轉動，電機的基本原理就是如此，這是初中物理的知識。

電機結構：拆開過電機的人都知道，電機主要是兩部分組成，固定不動的定子部分以及轉動的轉子部分，具體如下：

1、定子(靜止部分)

定子鐵心：電機磁路重要部分，并在其上放置定子繞組；定子繞組：就是線圈，電動機的電路部分，接電源，用于產生旋轉磁場；

機座：固定定子鐵心及電機端蓋，并起防護、散熱等作用；

2、轉子(旋轉部分)

轉子鐵心：電機磁路的重要部分，在鐵心槽內放置轉子繞組；轉子繞組：切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流，并形成電磁轉矩從而使電動機旋轉；

電機的幾個計算公式：

1、電磁相關的

1）電動機的感應電動勢公式：E=4.44*f*N*Φ，E為線圈電動勢、 f為頻率、 S為環繞出的導體（比如鐵芯）橫截面積、 N為匝數、Φ是磁通。

公式是怎么推導來的，這些事情我們就不去鉆研了，我們主要是看看怎么利用它。感應電動勢是電磁感應的本質，有感應電動勢的導體閉合后，就會產生感應電流。感應電流在磁場中就會受到安培力，產生磁矩，從而推動線圈轉動。

從上面公式知道，電動勢大小與電源頻率、線圈匝數及磁通量成正比。

磁通量計算公式Φ=B*S*COSθ，當面積為S的平面與磁場方向垂直的時候，角θ為0，COSθ就等于1，公式就變成Φ=B*S。

將上面兩個公式結合一下，就可以得到電機磁通強度計算公式為：B=E/（4.44*f*N*S）。

2）另外一個是安培力公式，我們要知道線圈受到的力是多少，就需要這個公式F=I*L*B*sinα，其中I為電流強度，L為導體長度，B為磁場強度，α是電流方向與磁場方向間的夾角。當導線垂直于磁場時候，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，就知道轉矩，轉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*每秒轉速(n秒)兩個公式，可以與功率建立上關系，得到下面序號3的公式。不過要注意，這時候使用實際輸出扭矩，所以計算出的功率是輸出功率。

2、交流異步電機的轉速計算公式：n=60f/P，這個很簡單，轉速與電源頻率成正比，與電機極對子（記住是一對）數成反比，直接套用公式就好。不過這個公式實際計算出是同步轉速（旋轉磁場速度），異步電機實際轉速會略低于同步轉速，所以我們往往會看到4極電機一般是1400多轉，達不到1500轉。

3、電機轉矩、功率計轉速的關系：T=9550P/n（P是電機功率、n是電機轉速），可以從上面序號1內容中推導出來，不過我們沒必要學會推導，記住這個計算公式就可以。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、電機功率（輸入功率）：

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

2）三相電機功率計算公式：P=1.732*U*I*cosφ（cosφ為功率因素、U為負載線電壓、I為負載線電流）。不過這類的U和I與電機的接法有關，星形接法的時候，由于三個相隔120°電壓的線圈公共端連接一起，形成一個0點，所以加載在負載線圈的電壓實際是相電壓；而三角形接法時，每個線圈兩端各連一根電源線，所以加載負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，所以三角形接法時功率是星形接法的3倍，這也就是為什么大功率電機采用星三角降壓啟動的原因。

掌握了上面的公式，理解透徹，電機的原理就不會在困惑了，也不會在怕學習電機拖動這種高掛科的課程。

電機的其他部件

1）風扇：一般安裝在電機尾部，用于給電機散熱；

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

3）軸承：連接電機旋轉和不動部分；

4、端蓋：電機外面的前后蓋子，起支撐作用。

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