直流电机中转矩与速度的关系

电器工程 直流电机 速度 扭矩 反电动势
2022-01-20 01:26:39

我对直流电机中的扭矩-速度关系有一个概念上的怀疑。这可能是我思想上的一个差距,但无论如何我都会发布这个问题。

据说直流电机中的扭矩和速度成反比。但是扭矩的增加不会导致角加速度的增加,从而导致角速度的增加吗?

我知道反电动势/反电动势负责反比关系,但对我来说似乎违反直觉。当扭矩增加时,角加速度、角速度会发生什么变化?所有这些工作都去哪里了?

4个回答

从概念上讲,您必须稍微不同地考虑这一点。认为您正在考虑的方式有点像车辆中的扭矩。具有更大扭矩的汽车将加速更快,并且与速度增加有关。换句话说,你踩油门来提高速度,你需要扭矩来做到这一点。

但是,当您谈论直流电机的速度和扭矩之间的关系时,您必须换一种方式来考虑它。对于具有恒定输入电压的给定电机,电机的速度将由电机轴上的负载决定。对于给定的负载,提高速度的唯一方法是提高电压。并且这种速度的增加将需要更多的扭矩来加速,但是在达到新的速度后,扭矩将回落到其原始扭矩(当然,除非负载取决于速度 - 就像在风扇中一样)。

因此,也许您可​​以更好地考虑它,而不是说“据说直流电机中的扭矩和速度成反比”,而是说“对于给定的电压,据说直流电机中的扭矩和速度成反比成比例的。” 您在数据表上看到的速度-转矩曲线适用于额定电压,电机将在该曲线上运行。因此,如果扭矩上升,速度将遵循该曲线并下降。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

这是直流电机的稳态近似值,可以很好地与某些类型的直流电机配合使用(参见 supercat 的评论)。由于稳态,电枢电感 \$L_a\$ 被忽略。我们有以下内容: \$\$\begin{align} V &= \text{输入直流电压}\\ R_a &= \text{电枢电阻}\\ E_b &=\text{反电动势}\\ \ omega &= \text{轴的角旋转频率} \ =\frac{2\pi \cdot \text{速度}}{60}\\ I_a &= \text{电枢电流}\\ K_e &= \text{反电动势常数}\\ K_T &= \text{扭矩常数}\\ T &= \text{轴扭矩} \end{align} \$\$ 并且以下等式适用: \$\$\begin{align } E_b &=K_e \cdot \omega ...(1) \\ T &= K_T\cdot I_a ...(2) \\ E_b &= V-I_a R_a ...(3) (\text{获得来自所示等效电路})\\ \text{来自上述 3 个方程,} \\ T& 在此处输入图像描述

对于传递给机械负载的恒定功率,扭矩和速度相乘是一个常数。这就是权力的基本定义,即

功率 =\$2\pi n T\$ 其中 n 是每秒转数,T 是扭矩。

如果输入功率恒定,扭矩的增加(我所说的扭矩增加是指机械负载增加时产生的角力)自然会导致电枢减速。

然而,“直流电机”可能意味着任何东西,并且相当多的电机将具有表现出“恒定功率”类型效应的励磁绕组,而其他电机(具有不同的励磁绕组)将作为恒速调节器工作,从而增加扭矩(由于负载),速度几乎保持不变。

其他类型的直流电机可以具有执行相同操作的电子控制器;它们感应电流,当电流上升时,它们会增加电枢的直流电压,这可以实现接近恒定的速度。

我认为您将实际扭矩与提供实际扭矩的能力(或潜力)混淆了。除了电机中的机械损耗外,没有机械负载转矩是没有意义的。

有刷直流电机的一般经验法则是

电流 ~= 扭矩

电压~=(角)速度

(公平地说,几乎所有机器都遵循这一点,但它变得越来越不成比例,并且越来越“以某种方式相关”,例如频率)

当涉及到电机时,您有两个常数(一种常数)

Kt&Ke

Ke 是开路端电压常数,单位:Volts/w。这会产生一个反电动势

Kt 是扭矩常数,单位:Nm/A

理论上 Ke == Kt,但 Kt 受铁特性的影响(因此存在两个)。

扭矩和速度成反比的原因是产生扭矩的能力随着速度的增加而降低。

这样做的原因是因为反电动势反对试图迫使电流进入定子的电源,这将产生 EM-Torque。

您是对的,对于扭矩的特定应用,将根据转子惯性和负载惯性产生一定量的加速度,但该扭矩也会随着速度的增加而降低(风阻、轴承等)。因此,在以增加的速度迫使电流进入机器的能力减弱以及在较高速度下增加的损耗之间,加速度将减小,直到最终达到空载速度(或与负载扭矩和产生的扭矩相比时的某个负载速度)