电机功率计算介绍

一：异步三相电机一般来说，设计者只要把某一种驱动功率的计算公式理解透了，就完全可满足绝大多数非标设备设计中功率计算的需要。所以，很少有设计者会反过来探究其中的原理。

既然，楼主提出了这个问题，而在论坛中，也时常会遇到询问各种设备驱动功率计算的问题，那我们就一起来议论一下其中的原理所在，以及非标设计中驱动功率计算公式的几种应用吧。

在各种原始参数中，传动功率是最常用但若认真起来又较难确定的参数。由于，非标设备对外做功的形式各式各样，往往不能直接套用标准设备计算功率的现成公式（专业非标设计者除外），因而，常使设计者难以确定适宜的计算方式和方法。

实际上，根据能量守恒原理，某机构在单位时间内输出的能量加上摩擦胡其它原因而损耗的能量应该等于该机构所输入的能量。也就是说，输出功率+损耗功率（常用效率来考虑）=该机构所需传动功率。如果，再考虑工作条件不稳定（即实际工况）和计算不准确的影响而引入的安全系数，则

传动功率=安全系数×计算输出功率/传动效率

当载荷有规律地做周期性变化时，其输出功率计算与所选原动机种类和部分转动惯量有关。就非标设备常用的三相异步电机而言，其瞬时过载能力取决于电机的温升速度，即取决于和电机构造尺寸有关的发热时间常数。由于非标设备的工作周期通常远小于电机发热常数（一般大于20-30分钟），故对于输出功率做周期变化的非标设备来说，可以先按平均功率来决定电机的功率，然后，再核算瞬时最大扭矩及起动扭矩是否在电机容许范围之内。其条件为：P≥W/102t，

式中，W——为一周期内的总输出功（kg•m）；t——周期（s）。

了解了上述有关方面的原理，基本也就应该明了了驱动功率计算公式的本源了。剩下的就是如何应用了。

一般常用驱动功率计算公式使用中，出错的主要原因是未能按原始公式正确匹配的相关量纲来使用。

因此，设计计算时，应该重点关注公式中相关量纲的正确匹配。

下面，按楼主要求，对不同类型设备驱动功率的计算（包括正确匹配的相关量纲）做点介绍。

首先，说明下列各式中几个通用字母的含义：P——驱动功率（kw），一般多为电动机功率。

K——工况系数或安全系数。在一般机械设备（特种设备除外）设计中，K=1.2～1.8，具体数值最好查看相关设计手册中的相关图表。

η——总效率。其中，包括动力主机（电机）和机械传动总效率，具体数值可查看机械设计手册内相关图表。

1.用于旋转运动：P=K•T•n/955η，式中，T——扭矩（kg•m）；n——转数（r.p.m）；

2.用于直线运动：P=K•F•v/102η，式中，F——速度方向驱动力（kg）；v——转数（r.p.m）；

3.为方便应用，当输出功变为位能（如提升机和皮带运输机等）时，输出功率可按下式计算：

P=K•q•ΔH/102η，式中，q——单位时间载荷输送量（kg/s）；ΔH——载荷运动高度差（m）；

4.当输出功转变为动能情况（如抛丸机和水力清砂机等）下，输出功率可按下式计算：

P=K•q•v2/204g•η，式中，q——单位时间内抛出物体重量（kg/s）；g——重力加速度（m/s2）；v——抛出物体最高速度（m/s）；

5.当输出功转变为液体压力能（如液压泵）时，输出功率可按下式计算：

P=K•ρ•Q/612η，式中，q——液体单位压力（kg/cm2）；Q——液体流量（l/min）；

上述五种电机功率计算公式，基本从多种角度给出了非标设备设计中驱动功率计算的选择方案，可供相关非标设备设计人员参考。

但是，有时，作为参考设备的电机功率，选择得也不一定就十分的合理和正确，必要时，还可用电表测量电机满负荷工作时的实际电流以及发热情况，由此可以推算出电机的实际功率损耗，以验证初始选择的正确与否，来最终确定是否需要对其进行修正。

总之，如果你了解了机械设计，乃至非标设备设计的实际设计原理和思想，那么，对上述这些也就能够理解其内涵所在了，也就可以在实际非标设备设计中，灵活应用了。如何通过电机功率和转矩计算公式来合理选择电动机时间：2011-2-259:52:46点击：80核心提示：如何通过电机功率和转矩计算公式来合理选择电动机电动机的功率，应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应注意以下两点：①如果电动机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载．使其绝缘因发热而损坏．甚至电动机被烧毁。②如果电动机功率选得过大．就会出现“...如何通过电机功率和转矩计算公式来合理选择电动机

电动机的功率，应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应注意以下两点：

①如果电动机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载．使其绝缘因发热而损坏．甚至电动机被烧毁。

②如果电动机功率选得过大．就会出现“大马拉小车”现象．其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。

要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：

P=F*V/1000(P=计算功率KW，F=所需拉力N，工作机线速度M/S)

对于恒定负载连续工作方式，可按下式计算所需电动机的功率：

P1(kw)：P=P/n1n2

式中n1为生产机械的效率；n2为电动机的效率，即传动效率。

按上式求出的功率P1，不一定与产品功率相同。因此．所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。

此外．最常用的是类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产机械所用电动机的功率进行对比。

具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电动机，然后选用相近功率的电动机进行试车。试车的目的是验证所选电动机与生产机械是否匹配。

验证的方法是：使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作电流，将测得的电流与该电动机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大．则表明所选电动机的功率合适。如果电动机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右．则表明电动机的功率选得过大，应调换功率较小的电动机。如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上．则表明电动机的功率选得过小，应调换功率较大的电动机。实际上应该是考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩是有计算公式的。

即T=9550P/n

式中：

P—功率，kW；

n—电机的额定转速，r/min；

T—转矩，Nm。

电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩，一般需要一个安全系数。二.滚珠丝杆驱动扭矩和电机计算：匀速运行，非精确计算可以套用以下公式：Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1）

式中

Ta：驱动扭矩kgf.mm；

Fa：轴向负载N（Fa=F+μmg，F：丝杠的轴向切削力N，μ：导向件的综合摩擦系数，m：移动物体重量(工作台+工件)kg，g:9.8）；

I：丝杠导程mm；

n1：进给丝杠的正效率。假设工况：水平使用，伺服电机直接驱动，2005滚珠丝杠传动，25滚珠直线导轨承重和导向，理想安装，垂直均匀负载1000kg，求电机功率：

Fa=F+μmg，设切削力不考虑，设综合摩擦系数μ=0.1，得Fa=0.1*1000*9.8=980N；

Ta=（Fa*I）/（2*3.14*n1），设n1=0.94，得Ta=980*5/5.9032≈830N.mm=0.83N.M

根据这个得数，可以选择电机功率。以台湾产某品牌伺服为例，查样本得知，额定扭矩大于0.83N.M的伺服电机是400W。（200W是0.64N.M，小了。400W额定1.27N.M，是所需理论扭矩的1.5倍，满足要求）

当然咯，端部安装部分和滚珠丝杠螺母预压以及润滑不良会对系统产生静态扭矩，也称初始扭矩，实际选择是需要考虑的。另外，导向件的摩擦系数不能单计理论值，比如采用滚珠导轨，多套装配后的总摩擦系数一定大于样本参数。而且，该结果仅考虑驱动这个静止的负载，如果是机床工作台等设备，还要考虑各向切削力的影响。

若考虑加速情况，较为详细的计算可以参考以下公式（个人整理修正的，希望业内朋友指点）：

水平使用滚珠丝杠驱动扭矩及电机功率计算：

实际驱动扭矩：T=(T1+T2)*e

T：实际驱动扭矩；

T1：等速时的扭矩；

T2：加速时的扭矩；

e：裕量系数。

等速时的驱动扭矩：T1=（Fa*I）/（2*3.14*n1）

T1：等速驱动扭矩kgf.mm；

Fa：轴向负载N【Fa=F+μmg，F：丝杠的轴向切削力N，μ：导向件综合摩擦系数，m：移动物体重量(工作台+工件)kg，g:9.8】；

I：丝杠导程mm；

n1：进给丝杠的正效率。

加速时的驱动扭矩：T2=T1+J*W

T2:加速时的驱动扭矩kgf.m;

T1:等速时的驱动扭矩kgf.m;

J:对电机施加的惯性转矩kg.m²【J=Jm+Jg1+(N1/N2)²*〔Jg2+Js+m(1/2*3.14)²〕】

W:电机的角加速度rad/s²;

Jm:电机的惯性转矩kg.m²;

Jg1:齿轮1的惯性转矩kg.m²;

Jg2:齿轮2的惯性转矩kg.m²;

Js:丝杠的惯性转矩kg.m²

（电机直接驱动可忽略Jg1、Jg2）

若采用普通感应电机，功率根据以下公式计算：

P=TN/9549

P：功率；T：扭矩；N：转速［原］转动惯量在伺服定位系统中的意义

刚开始接触伺服电机时，不怎么会选型，不知道那个“转动惯量”参数是什么意思，问了别人，也没有问得明白。无奈先买了一台中惯量的再说。电机买回来了，安装到设备上，开始系统调试。由于整个机械结构的转动惯量比较大，超过了伺服手册上说明的电机的15倍，我们又增加了3倍的减速机。这样，整个系统换算到电机轴上的转动惯量就变为了原来的九分之一。因为转动惯量比是变速比的平方，速度减小，力矩成比例增加，转动惯量成平方比例减小。在设备的调试过程中，起初都没有问题，所以我对转动惯量的理解也不深。直到有一天，工艺要求改小设备的变速与减速时间。我在程序上改小了减速时间后，一试机，就在伺服电机停止的一瞬间，看到电机突然有个反转的动作，然后又回到正常的停止位置。当时我们看到后吓了一跳，后来才明白过来，系统的转动惯量决定着电机的加减速时间。简单说，就是如果整个转动系统的转动惯量很大，就只能加大电机的加减速时间，否则可能造成定们不准或系统报警，或损坏电机与机械传动结构。如果整个系统要求动作的快速响应，那么就要减小系统的转动惯量，这就是为什么一些很小，很轻的机械可以快速的移动、变速与停止了。选择步进电机需要进行以下计算：-P:?4T8H3Z6j*g)i7X#m

（1）计算齿轮的减速比

根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:4G6?8@.};P'R4u:p

i=(φ.S)/(360.Δ)(1-1)式中φ---步进电机的步距角（o/脉冲）

S---丝杆螺距（mm)

Δ---(mm/脉冲）5K8p"D!p)f!O-n8o2M

（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。!x

t7M&@

V

a4B6^

Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]（1-2）

式中Jt---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)

J1、J2---齿轮惯量(Kg.cm.s2)1M8^.D,k!_&@*i'v(I

Js----丝杆惯量(Kg.cm.s2)W---工作台重量（N）1P.D)e!H)e7F3|

S---丝杆螺距（cm）5_0Q'k7D!H3F-l

s:K

（3）计算电机输出的总力矩M

M=Ma+Mf+Mt（1-3）

Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2（1-4）

式中Ma---电机启动加速力矩（N.m)

Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2)

n---电机所需达到的转速（r/min）&e0a(C3y9a+|.`/_

T---电机升速时间（s）'I1J-c#O8f6e-W8T

Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-5）

Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)

u---摩擦系数

η---传递效率

Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-6）

Mt---切削力折算至电机力矩（N.m)

Pt---最大切削力（N）

（4）负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为/k

J:C,x.V4r;I9{#C

fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)]1/2（1-7）3D$x&U1D%A

[;n4m

式中fq---带载起动频率（Hz）

fq0---空载起动频率0_-A$A3E#t0@'S&f

Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（N.m)

若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.

（5）运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。&e2\.@7S*w*H,l

`+n0i'U

（6）负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式（1-5）和式（1-6）计算，电机在最大进给速度时，由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf与Mt之和应小于（0.2～0.4)Mmax.关于电机功率、转矩和惯量等

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。

为了更深入了解电机选型，广州邦控科技从自身经验，整理出下面的一些推导过程，目的是加深理解，如果推导过程或表达有误，请告知我们（E-mail:support@，网址：）。

额定功率P、额定转矩N和额定转矩T有这样一条公式，转矩T可以从功率P和转速T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：故，把上式代入可得：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