電動機或發動機空轉時的輸出功率問題?

1、輸出功率到底怎麼理解,輸出不應該是對「別人」的輸出嗎?我能不能這麼理解,就是無論我的電動機是勻速旋轉還是加速旋轉,只要不帶任何負載,那麼電動機的輸出功率就是零?輸出扭矩是不是零?輸出的功率和輸出的扭矩到底是怎麼計算的?如果輸出功率是0的話,那麼電動機勻速旋轉和加速旋轉時耗電明顯不一樣,請問這部分電去哪了呢?

2、當電動機旋轉時,找東西把旋轉的轉子給固定住,不讓它轉,那麼此時電動機的輸出功率是多少呢?輸出扭矩是多少呢?

3、發動機和電動機的關於輸出功率的理解和計算上有什麼區別?


首先電動機不帶負載轉動時的輸出功率並不是零,因為有空載轉矩,對應著空載輸出功率。

這個問題就好像你說汽車要是空車走的時候汽車的功率就是零了,汽車空車運行那麼汽車牽引力就是零了?那汽車空車走的時候就不需要耗油了?顯然不是這樣的。

汽車空車運行的時候要克服地面的摩擦力才能保持勻速運行,所以牽引力就等於摩擦力,摩擦力和汽車行駛速度的乘積就是汽車空車行駛時候的功率。

我們把汽車的例子類比到電動機上即可。電動機空載運行的轉矩就就相當於汽車的牽引力,電動機空載轉動的時候轉矩只需要克服摩擦轉矩即可,所以很小,但並不是零。電動機空載運行的功率就是空載轉矩和空載轉動時的角速度的乘積,所以空載功率也不為零。

所以空載運行的電動機空載轉矩和空載功率都不為零,只是比較小而已,電機做的越精密摩擦力越小,空載功率也就越小,但是永遠也不可能為零。

如果電動機要加速,那麼就要有加速度,根據牛頓第二定律加速度就需要額外的轉矩輸出,使得輸出轉矩大於摩擦轉矩才有可能加速,所以加速就要消耗更多的電能,加速完畢以後,消耗的這部分電能轉化成了電動機轉軸的機械能而已,又開始了勻速轉動。

如果電動機在轉動的時候用東西把它給卡住不讓它轉動,這就是所謂的堵轉。這個時候就變成了一種極限情況,電動機的轉速為零,而轉矩似乎變得很大,但是不管多大和零轉速的乘積都是零,那麼這個時候電動機輸出的機械功率就是零。

而這個時候往往還有源源不斷的電能在輸入電機,大量的電能輸入不能轉化成機械能,而又要能量守恆,這部分電能哪裡去了呢?只能在電動機內阻上做功,在這裡做功那就時發熱,大量的熱能很有可能就把你的電機繞組給燒毀,如果能量足夠大甚至有可能著火,所以對於大型電機而言堵轉是一件不允許或者說很危險的事情。而對於特別小的直流電機而言,比如你的刮鬍刀,小電風扇,由於本身電流很小能量很小,偶爾堵轉一下問題也不是太大,因為沒有足夠的能量來發熱,所以不會有太嚴重的後果了。

現代智能電機必須考慮如何避免出現堵轉現象,防止電機燒毀甚至火災等嚴重現象,這個時候就需要安裝保險裝置,因為堵轉的時候電流會急劇增大,所以可以通過監測電機的電流來防止堵轉的發生,一旦監測到電流值異常升高,馬上自動切斷電機電源,就會避免事故的發生。

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關於「發動機」我不太懂,對電動機有些了解,下面的內容針對電動機。

我認為產生此類疑問的最大可能是沒有搞清楚「額定功率」和實際輸出功率的概念。所謂「輸出功率」可能在一些情況下指「額定功率」,而電動機「額定功率」可以粗略理解為「在規定的條件下允許輸出的最大功率」。

電動機的輸出功率的確是指的是對外做功的功率,並且額定功率指的是電動機軸上的機械功率。關於第1問,如果從電動機的軸做分界線,那麼你的理解是對的。既然不帶負載,當然沒有輸出功率。如果要是混淆了電源輸入功率和機械輸出功率,那麼才可能有這樣的疑問。關於加速階段耗電和勻速階段的耗電不同,顯然是電能轉換為電機轉子的機械能了。一個轉子轉速不同機械能顯然不同,電耗自然不一樣。而且如果非要糾結高轉速下勻速旋轉時的輸入電功率與低轉速勻速運轉時輸入的電功率的差異,就需要進一步考慮兩種狀態下電機軸承的摩擦等很多參數的差別這些細節問題了。

第2個問題,其實與第1個問題的答案一樣,如果非要糾結於「輸出」的功率,那你完全可以說是「0」。輸出扭矩可以按照電機燒毀前的不斷增長的電磁扭矩來考慮。設想你用一個剃鬚刀的電機拖動一台高鐵列車,顯然列車紋絲不動,你說你的剃鬚刀的輸出功率是多少,輸出扭矩又是多少?

第3個問題,如果理解正確的話,沒區別。


  1. 可以理解成對負載(別人)的輸出。輸出功率是個變化的量,某個時刻的轉速和轉矩大小決定當時的輸出功率是多少。空載時還是要克服風摩損耗的,因此只是理論上是功率是0,其實是有數值的。電機和發電機加減速的過程是個把電能或者化學能轉換到機械能過程中,因為輸入的電能/化學能大於輸出的機械能而在旋轉系統上以動能的形式累積的過程,表現就是轉速的上升。
  2. 轉速0的時候功率輸出是0,不過轉矩是有的,這是的轉矩稱為堵轉轉矩。
  3. 旋轉系統的功率計算都是一樣的 輸出轉矩T(Nm) 乘以轉速n (rpm) 除以9550 = 功率P (kW)


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