电磁转矩

物理量

电磁转矩是电动机旋转磁场各极磁通与转子电流相互作用而在转子上形成的旋转力矩。是电动机将电能转换成机械能最重要的物理量之一，仍是阻尼分析与控制的理论基础。

简介

定义：转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系，转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。

电磁转矩的计算

电磁转矩是电机的一个重要指标，电磁转矩的准确计算也会影响一台电机的性能。最常用的两种方法就是麦克斯韦应力张量法和磁通法。这两种方法都基于有限元计算，有限元分析软件功能比较强大，可以通过节点磁位很容易计算电磁转矩。

直流电机

直流电机的电磁转矩是由每极气隙磁通和电枢电流共同作用产生的。

直流电动机堵转转矩计算公式TK=9.55KeIK。

直流电机转矩公式：T=CTΦIa,其中CT为转矩常数，Φ为每极主磁通，Ia为电枢电流。

直流发电机和直流电动机的电磁转矩在性质上的介绍：1、电动机和发电机的电磁转矩都是由电枢电流在磁场中受到电磁力产生的；2、电动机的电磁转矩方向与转动方向相同，它是驱动力矩，电动机通过它将电能转换为机械能；3、发电机的电磁转矩方向与转动方向相反，它是制动力矩，发电机通过它将机械能转换为电能。

直流发电机和直流电动机的电磁转矩的产生及作用：1、直流电动机，外加电源之后，励磁线圈会在电机内产生一个磁场，电枢通电以后，就形成带电导体。带电导体在磁场中，就会受到力的作用从而产生运动，这个促使电枢运动的力矩，就是电磁力矩（这个力矩是驱动电枢运动的）。当电枢开始运动之后，就又形成导体切割磁力线，从而导体内部会产生（感应出）电势，这个电势我们称为感应电动势。外电势与感应电势关系为：U=E+IR，U为外电势，E是内电势（感应电势），I是电机电流，R是电机电阻。2、直流发电机，这个情况稍稍复杂一点。有的发电机是自励磁（要求有剩磁），有的是外加励磁电源。无论是哪种情况，都要求有磁的存在，当电枢运动在磁场中切割磁力线的时候，就会产生一个电势，这个电势就是感应电势。跟电动机同样的道理，同时存在着一个电磁力矩，只是这个力矩是阻止电枢运动的，与外部拖动电枢运动的装置的力矩相平衡。同样，外电势与感应电势关系为：E=U+IR，U为外电势，E是内电势（感应电势），I是电机电流，R是电机电阻。

异步电机

定子和转子的磁场相互作用使电机转动。因为转子的转速必须低于旋转磁场才能对转子导线形成磁力线切割，所以转子的转速要低于定子的旋转磁场转速，所以称异步电机。

三相异步电动机的转矩公式为：

其中U1 为输入电压；为归算后的转子电阻；s为转差率；，由电机结构决定；

可以知道T∝U12 转矩与电源电压的平方成正比，设正常输入电压时负载转矩为T2 ，电压下降使电磁转矩T下降很多；由于T2 不变，所以T小于T2 平衡关系受到破坏，导致电动机转速的下降，转差率S上升；它又引起转子电压平衡方程式的变化，使转子电流I2上升。也就是定子电流I1随之增加（由变压器关系可以知道）；同时I2增加也是电动机轴上送出的转矩T又回升，直到与T2相等为止。这时电动机转速又趋于新的稳定值。

同步电机

同步发电机电磁转矩与磁场的强度和绕组里的电流大小有关。磁场越强，电磁转矩越大；电流越大，电磁转矩也越大。

存在问题

对电磁转矩分析理论的研究，有3个关键问题尚未得到很好的解决:①电磁转矩系数的定义和计算方法是基于单机无穷大系统提出的，可否直接推广于多机电力系统仍然存在疑问；②电磁转矩系数的定义是从辨识角度提出的，定义不够严谨，需要更深入的科学论证和完善；③电磁转矩法与特征分析法的联系没有建立；电磁转矩系数的理论计算以及在多机电力系统中的应用尚无深入研究。

应用

电动机和发电机都有电磁转矩，对于发电机，电磁转矩性质为制动转矩，即与转速方向相反；对于电动机，电磁转矩性质为驱动转矩，即与转速方向相同。

三相异步电动机的电磁转矩：

电动机的电磁转矩是由转子电流的有功分量和定子旋转磁场相互作用产生的电磁转矩的大小与转子电流的有功分量、旋转磁场的强弱成正比。

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