在电机设计与应用中,转矩往往是最难直接量测的参数。相较之下,电压、电流与转速等信息较容易取得。因此,透过这些易量参数,间接推算出电机的输出转矩。
一、基本计算公式
若已知电机的能量转换效率,即可利用以下公式计算转矩:
输入功率:Pin = 电压 (V) × 电流 (I)
输出功率:Pout = 转矩 (T) × 角速度 (ω)
效率:η = Pout / Pin
角速度与转速关系:ω = 2πN / 60 (N 为 RPM)

透过上述关系式,只需输入电压、电流与转速,即可换算出电机的转矩。
二、效率并非固定值
然而实际应用中,效率不是一个固定值。如下图所示,电机效率会随着不同的转速变化,厂商所提供的效率值通常为红点所示的最高效率点,但实际操作时,电机往往运作在非最优效率区段。

也有许多使用者,并不知道电机最佳效率点的转速,更增加了推算转矩的困难。
三、效率的初步估算
虽然效率难以精准掌握,但仍可透过电机的功率来做粗略估算。一般而言:
小功率电机 ⇒ 效率相对较低

大功率电机 ⇒ 效率可能较高

根据电压与电流计算出的输入功率,可以参考功率-效率对照表,估算出该电机的最大效率值,做为后续推算依据。

四、转速与效率的关系
假设效率会随转速线性递减,因此可以根据实际转速与最高转速之间的比例,推估该转速下的效率表现。这需要:
无载最高转速(无负载下的转速)、实际工作转速(有负载下)

有了这两个转速值,便可大致判断目前转速相对于最大效率转速的落点,进一步估算当下效率。
五、小知识补充
大多数电机的最高效率点,约落在最高转速的 83% 附近。透过量测无载转速,即可快速推估最高效率对应的转速范围。
不过若有电控系统介入(如变频器等),转速与电压可能会被调整,推估准确度就会降低,需额外注意。
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