電磁轉(zhuǎn)矩存在問題

對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩分析理論的研究，有3個(gè)關(guān)鍵問題尚未得到很好的解決:①電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)的定義和計(jì)算方法是基于單機(jī)無窮大系統(tǒng)提出的，可否直接推廣于多機(jī)電力系統(tǒng)仍然存在疑問；②電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)的定義是從辨識(shí)角度提出的，定義不夠嚴(yán)謹(jǐn)，需要更深入的科學(xué)論證和完善；③電磁轉(zhuǎn)矩法與特征分析法的聯(lián)系沒有建立；電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)的理論計(jì)算以及在多機(jī)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用尚無深入研究 。

電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，電磁轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確計(jì)算也會(huì)影響一臺(tái)電機(jī)的性能。最常用的兩種方法就是麥克斯韋應(yīng)力張量法和磁通法。這兩種方法都基于有限元計(jì)算，有限元分析軟件功能比較強(qiáng)大，可以通過節(jié)點(diǎn)磁位很容易計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩 。

電磁轉(zhuǎn)矩直流電機(jī)

直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由每極氣隙磁通和電樞電流共同作用產(chǎn)生的。

直流電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式T_K=9.55K_eI_K。

直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式：T=C_TΦI_a,其中C_T為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，Φ為每極主磁通，I_a為電樞電流。

直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在性質(zhì)上的介紹：1、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由電樞電流在磁場(chǎng)中受到電磁力產(chǎn)生的；2、電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，它是驅(qū)動(dòng)力矩，電動(dòng)機(jī)通過它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；3、發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，它是制動(dòng)力矩，發(fā)電機(jī)通過它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生及作用：1、直流電動(dòng)機(jī)，外加電源之后，勵(lì)磁線圈會(huì)在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，電樞通電以后，就形成帶電導(dǎo)體。帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中，就會(huì)受到力的作用從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這個(gè)促使電樞運(yùn)動(dòng)的力矩，就是電磁力矩（這個(gè)力矩是驅(qū)動(dòng)電樞運(yùn)動(dòng)的）。當(dāng)電樞開始運(yùn)動(dòng)之后，就又形成導(dǎo)體切割磁力線，從而導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生（感應(yīng)出）電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)我們稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。外電勢(shì)與感應(yīng)電勢(shì)關(guān)系為：U=E IR，U為外電勢(shì)，E是內(nèi)電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)），I是電機(jī)電流，R是電機(jī)電阻。2、直流發(fā)電機(jī)，這個(gè)情況稍稍復(fù)雜一點(diǎn)。有的發(fā)電機(jī)是自勵(lì)磁（要求有剩磁），有的是外加勵(lì)磁電源。無論是哪種情況，都要求有磁的存在，當(dāng)電樞運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)中切割磁力線的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)就是感應(yīng)電勢(shì)。跟電動(dòng)機(jī)同樣的道理，同時(shí)存在著一個(gè)電磁力矩，只是這個(gè)力矩是阻止電樞運(yùn)動(dòng)的，與外部拖動(dòng)電樞運(yùn)動(dòng)的裝置的力矩相平衡。同樣，外電勢(shì)與感應(yīng)電勢(shì)關(guān)系為：E=U IR，U為外電勢(shì)，E是內(nèi)電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)），I是電機(jī)電流，R是電機(jī)電阻。

電磁轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)

定子和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)相互作用使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才能對(duì)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線形成磁力線切割，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要低于定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，所以稱異步電機(jī)。

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式為：

其中U₁ 為輸入電壓 ；

可以知道T∝U₁² 轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，設(shè)正常輸入電壓時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T₂ ，電壓下降使電磁轉(zhuǎn)矩T下降很多；由于T₂ 不變，所以T小于T₂ 平衡關(guān)系受到破壞，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差率S上升；它又引起轉(zhuǎn)子電壓平衡方程式的變化，使轉(zhuǎn)子電流I₂上升。也就是定子電流I₁隨之增加（由變壓器關(guān)系可以知道）；同時(shí)I₂增加也是電動(dòng)機(jī)軸上送出的轉(zhuǎn)矩T又回升，直到與T₂相等為止。這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速又趨于新的穩(wěn)定值 。

電磁轉(zhuǎn)矩同步電機(jī)

同步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與磁場(chǎng)的強(qiáng)度和繞組里的電流大小有關(guān)。磁場(chǎng)越強(qiáng)，電磁轉(zhuǎn)矩越大；電流越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大。

1. M=CmφI 其中：M---同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；Cm---同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；φ---同步發(fā)電機(jī)的磁通；I---同步發(fā)電機(jī)的電流。

2. 另外，也可用功率表示轉(zhuǎn)矩的公式：M=P/ω 其中：M---同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；P--- 同步發(fā)電機(jī)的輸出功率； ω---同步發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度。

定義：轉(zhuǎn)矩是各種工作機(jī)械傳動(dòng)軸的基本載荷形式，與動(dòng)力機(jī)械的工作能力、能源消耗、效率、運(yùn)轉(zhuǎn)壽命及安全性能等因素緊密聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩的測(cè)量對(duì)傳動(dòng)軸載荷的確定與控制、傳動(dòng)系統(tǒng)工作零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及原動(dòng)機(jī)容量的選擇等都具有重要的意義。

電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)都有電磁轉(zhuǎn)矩，對(duì)于發(fā)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即與轉(zhuǎn)速方向相反；對(duì)于電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即與轉(zhuǎn)速方向相同。

三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子電流的有功分量和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電流的有功分量、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱成正比。

轉(zhuǎn)矩可分為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。

靜態(tài)轉(zhuǎn)矩是值不隨時(shí)間變化或變化很小、很緩慢的轉(zhuǎn)矩，包括靜止轉(zhuǎn)矩、恒定轉(zhuǎn)矩、

緩變轉(zhuǎn)矩和微脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

靜止轉(zhuǎn)矩的值為常數(shù)，傳動(dòng)軸不旋轉(zhuǎn)；

恒定轉(zhuǎn)矩的值為常數(shù)，但傳動(dòng)軸以勻速旋轉(zhuǎn)，如電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩；

緩變轉(zhuǎn)矩的值隨時(shí)間緩慢變化，但在短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩值是不變的；

微脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值有幅度不大的脈動(dòng)變化。

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是值隨時(shí)間變化很大的轉(zhuǎn)矩，包括振動(dòng)轉(zhuǎn)矩、過渡轉(zhuǎn)矩和隨機(jī)轉(zhuǎn)矩三種。

振動(dòng)轉(zhuǎn)矩的值是周期性波動(dòng)的；

過渡轉(zhuǎn)矩是機(jī)械從一種工況轉(zhuǎn)換到另一種工況時(shí)的轉(zhuǎn)矩變化過程；隨機(jī)轉(zhuǎn)矩是一種不確定的、變化無規(guī)律的轉(zhuǎn)矩。

根據(jù)轉(zhuǎn)矩的不同情況，可以采取不同的轉(zhuǎn)矩測(cè)量方法。轉(zhuǎn)矩=9550*功率/轉(zhuǎn)速同樣功率=轉(zhuǎn)速*轉(zhuǎn)矩/9550平衡方程式中：功率的單位（kW）；轉(zhuǎn)速的單位（r/min)；轉(zhuǎn)矩的單位（N.m）；9550是計(jì)算系數(shù)。2100433B

受到擾動(dòng)后的同步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的變化量可以分解為兩部分：一是與功角偏移同相位的同步轉(zhuǎn)矩分量；二是與速度偏移同相位的阻尼轉(zhuǎn)矩分量。

轉(zhuǎn)矩可分為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。

靜態(tài)轉(zhuǎn)矩是值不隨時(shí)間變化或變化很小、很緩慢的轉(zhuǎn)矩，包括靜止轉(zhuǎn)矩、恒定轉(zhuǎn)矩、緩變轉(zhuǎn)矩和微脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。靜止轉(zhuǎn)矩的值為常數(shù)，傳動(dòng)軸不旋轉(zhuǎn)； 恒定轉(zhuǎn)矩的值為常數(shù)，但傳動(dòng)軸以勻速旋轉(zhuǎn)，如電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩； 緩變轉(zhuǎn)矩的值隨時(shí)間緩慢變化，但在短時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩值是不變的； 微脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值有幅度不大的脈動(dòng)變化。

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是值隨時(shí)間變化很大的轉(zhuǎn)矩，包括振動(dòng)轉(zhuǎn)矩、過渡轉(zhuǎn)矩和隨機(jī)轉(zhuǎn)矩三種。振動(dòng)轉(zhuǎn)矩的值是周期性波動(dòng)的；過渡轉(zhuǎn)矩是機(jī)械從一種工況轉(zhuǎn)換到另一種工況時(shí)的轉(zhuǎn)矩變化過程；隨機(jī)轉(zhuǎn)矩是一種不確定的、變化無規(guī)律的轉(zhuǎn)矩。