电磁转矩计算：实用公式与计算方法

一、引言

电磁转矩在电机等电气设备的运行中起着至关重要的作用。准确地计算电磁转矩对于电机的设计、性能评估以及故障诊断等方面都有着不可替代的意义。无论是在工业生产中的大型电机，还是日常生活中的小型电器，理解电磁转矩的计算都是十分必要的。

二、电磁转矩的基本概念

电磁转矩是由于电磁感应现象在电机中产生的一种转矩。在电机中，定子绕组产生的旋转磁场与转子绕组中的电流相互作用，从而产生电磁转矩，使得电机转子旋转。从物理本质上讲，电磁转矩是磁场对载流导体的作用力所产生的转矩。

三、电磁转矩计算的实用公式

（一）直流电机的电磁转矩公式

对于直流电机，电磁转矩的计算公式为：其中，为转矩常数，它与电机的结构有关，对于已经制造好的电机来说是一个定值；为每极磁通，单位为韦伯（）；为电枢电流，单位为安培（）。

（二）异步电机的电磁转矩公式

电磁转矩的一般表达式异步电机的电磁转矩与电机的转差率、电机的等效电路参数等有关。其一般表达式为：其中，为电机的极对数；为定子相电压，单位为伏特（）；和分别为定子电阻和定子漏电抗；和分别为转子电阻和转子漏电抗的折算值；为转差率，为电源频率，单位为赫兹（）。
近似计算公式在一些工程实际应用中，当转差率较小时，可以采用近似计算公式：

四、电磁转矩计算方法

（一）确定电机参数

对于直流电机
- 要确定转矩常数，这需要查阅电机的技术手册或者根据电机的结构参数进行计算。例如，对于永磁直流电机，可以通过电机的磁极对数、电枢绕组的匝数等参数计算得到。
- 测量每极磁通，可以使用磁通计等仪器进行测量。
- 测量电枢电流，可以在电枢电路中接入电流表进行测量。
对于异步电机
- 确定电机的极对数，这可以通过电机的铭牌或者电机的结构（例如定子槽数、绕组连接方式等）来确定。
- 测量定子相电压，可以使用电压表在定子绕组的输入端进行测量。
- 确定定子电阻和定子漏电抗，这可以通过电机的设计参数或者进行电机的短路试验和空载试验来获取。
- 确定转子电阻和转子漏电抗的折算值和，同样可以通过试验或者根据电机的设计参数得到。

（二）根据公式计算电磁转矩

以直流电机为例假设我们有一台直流电机，转矩常数，每极磁通，电枢电流。根据公式，可得：
以异步电机为例假设有一台三相异步电机，极对数，定子相电压，定子电阻，定子漏电抗，转子电阻和转子漏电抗的折算值，，转差率，电源频率。首先根据异步电机电磁转矩的一般表达式：计算可得

五、电磁转矩计算在实际问题中的应用

（一）电机选型中的应用

在设计一个需要特定转矩输出的设备时，例如起重机的起升电机。假设我们需要一个能够提供转矩的电机来吊起一定重量的物体。

如果选择直流电机
- 我们可以根据已知的每极磁通和转矩常数的范围，通过电磁转矩公式来计算所需的电枢电流。例如，如果每极磁通，转矩常数，则根据公式可得电枢电流。然后根据这个电枢电流来选择合适的电源和电枢绕组等部件。
如果选择异步电机
- 我们可以根据已知的电源电压、频率以及电机的大致参数范围，通过异步电机的电磁转矩公式来计算所需的转差率等参数。例如，设电源电压，极对数，定子电阻，定子漏电抗，转子电阻和转子漏电抗的折算值，，根据异步电机电磁转矩公式，将，，，，，，，代入公式，通过求解方程（可能需要借助数值计算方法）得到转差率的值，进而根据转差率等参数来选择合适的异步电机。

（二）电机故障诊断中的应用

当电机出现转矩不足的故障时，可以通过电磁转矩计算来分析故障原因。

对于直流电机
- 如果电磁转矩变小，首先检查电枢电流是否正常。如果电枢电流减小，可能是电枢电路存在断路或者接触不良等问题。根据公式，当减小，也会减小。同时，也需要检查每极磁通是否发生变化，例如永磁体的磁性是否减弱等。
对于异步电机
- 如果电磁转矩不足，检查转差率是否异常增大。根据公式，当增大时，电磁转矩会减小。转差率增大可能是由于转子电阻增大（例如转子绕组短路等问题）或者负载转矩增大等原因。同时，也需要检查定子电压、定子电阻、漏电抗等参数是否正常。

六、结论

电磁转矩的计算在电气系统中具有重要的意义。通过掌握不同类型电机（如直流电机和异步电机）的电磁转矩实用公式和计算方法，我们可以在电机选型、性能评估以及故障诊断等方面进行有效的工作。在实际应用中，准确地确定电机的各项参数是正确计算电磁转矩的关键，同时，根据实际问题灵活运用电磁转矩的计算公式可以解决很多工程中的实际问题。

相关文献