电机功率：从基本概念到实际应用

电机功率：从基本概念到实际应用

电机功率是衡量电机性能的重要指标，它不仅关系到电机的输出效率，还影响着整个机械系统的运行效果。本文将从电机功率的基本概念出发，深入探讨电机曲线、峰值功率以及电流消耗等问题，帮助读者全面理解电机功率的工作原理。

电机功率

与任何电气设备一样，电机也需要消耗一定的电流和功率才能运转。电机将部分输入功率转换为旋转轴的功率，这部分功率就是输出功率。从能量而非速度和扭矩的角度来考虑电机，可以让我们更容易计算如何使用电机，并为选择最佳应用齿轮比提供工具。

什么是电机功率？

从根本上说，功率是指在给定时间内传递的能量。实际上，这意味着功率就是你能从电机中获得多少 “能量”。电机的输出功率随负载的多少而变化，但不会随电机齿轮比的变化而变化。这意味着，自由旋转的 1:1 马达与自由旋转的 100:1 马达输出的功率相同，但实际转速和扭矩不同。输出功率与速度乘以扭矩成正比，因此当速度和扭矩通过齿轮箱改变时，输出功率必须保持不变。

另一个信息是电机的输入功率，虽然并不总是那么有用。电机的输入功率是指电机消耗功率的瓦数，等于发送到电机的电压乘以电机消耗的电流。电机的效率并非 100%，因此要获得一定的输出功率，通常需要输入功率的两倍甚至三倍。例如，一个标准的 FTC® 电机仅产生 29 瓦的输出功率就会消耗高达 65 瓦的功率。

峰值功率和电机曲线

为了弄清电机将消耗或输出多少功率，参考电机曲线很有帮助。这些数据表将电机的输出速度、输出扭矩、输出功率和效率都绘制在一张图表上。除 Core Hex 外，所有 FTC 合法电机都经过了动态测试，其数据如下。可以肯定的是，其他非限流电机（如舵机）也遵循类似的曲线，只是速度、扭矩和功率输出不同而已。

[1] 数据直接取自产品页面，无电机曲线。

goBILDA（MATRIX）电机曲线

NeveRest电机曲线

REV HD Hex电机曲线

TorqueNado电机曲线

电机曲线表示电机在 12 V 电压下（相当于在软件中将电机功率设置为 1），轴承受不同程度的负载。如图所示，电机输出的功率并不是恒定的，而是一直上升到大约 50%的负载，然后再次下降。50％ 负载时的这一点称为电机的峰值功率输出，所有 FTC 合法电机的峰值功率输出点（50％ 负载）都类似。

电机功率的变化意味着，当轴上的负载增加时，速度和扭矩输出并不是线性变化的。与直觉相反的是，给电机施加 50%的堵转负载并不会使其速度减半，反而会使其速度略高于 50%。同样，在电机上施加超过 50%的负载会导致速度下降得更快，而不是线性下降。

此外，您还可以看到效率随着转速的提高而提高。这意味着，如果电流消耗是一个问题，那么电机的负载应始终低于其堵转扭矩的 50%。电机的这两个特性，即峰值功率输出为堵转扭矩的 50%，以及电机的效率越低负载越高，指导选择电机的齿轮比。理想情况下，齿轮比的选择应使堵转扭矩是电机平均扭矩负荷的两倍，并应偏向于提供比所需更大的扭矩，而不是更小的扭矩。

电流消耗说明

在查看电机曲线时，您可能会发现 FTC 电机的堵转电流可高达每个电机 11 安培。FTC 电池在熔断保险丝之前只能提供 20 安培的电流输出。不过，即使没有达到 20 安培的限制，过大的电流也会导致其他电机感觉迟钝或反应迟钝。应注意不要让两个以上的电机同时堵转。

备注

在处理机械传动系统时，您可以忽略这一例外情况，因为它们通常会在电机实际达到堵转电流之前打滑。不过，在牵引传动系统上安装极低的齿轮比或 4 个以上的电机可能会超过 FTC 电池的电流限制。

电机可能会产生 “瞬时电流”，即在极短的时间内产生大量电流。这种情况通常发生在电机开始运转或瞬间加载负载时。虽然瞬时电流一般不会导致保险丝熔断，但会引起其他问题，例如，如果瞬时电流是由电机产生的，则会导致控制迟缓；如果瞬态电流是由舵机产生的，则会导致低电压（goBILDA 超高速舵机偶尔会出现这种情况）。