什么是力量？在最基本的形式中，電源是在一定時間段內執行的操作。在電動機中，根據以下科學定律將電能轉換并傳遞給負載。

在電氣系統中，電壓是移動電子所需的力。電流是每秒通過施加特定電壓的材料的電荷流率。可以通過將電壓乘以相關電流來確定功率。

P=V * I，其中功率（P）是瓦特，電壓（V）是伏特，電流（I）是安培。

瓦特（W）是定義為每秒1焦耳的功率單位。對于直流電源，計算只需將電壓乘以電流即可。 W=V xA。但是，要確定交流電源的功率（瓦），您需要包括功率因數（PF），因此W=V x A x PF。

功率因數是-1與1之間的無單位比率，表示在負載下執行任務的有功功率。在功率因數幾乎總是小于1的情況下，有功功率會丟失。這是因為AC電路中的電壓和電流本質上是正弦波，并且AC電路中的電流和電壓的幅度不斷變化，并且通常不完全對齊。

功率是電壓乘以電流（P=V * I），因此并排放置電壓和電流具有最高功率，從而導致電壓和電流波形出現峰值和零點。同時。這是簡單電阻負載的典型性能。在這種情況下，兩個波形彼此“同相”，并且功率因數為1。這是一種罕見的情況，因為幾乎所有負載都是完全非電阻性的。

當兩個信號在點之間不相關時，這兩個波形稱為“異相”或“移相”。這可能是由感性或非線性負載引起的。在這種情況下，功率因數將小于1，并且將獲得較少的有功功率。

交流電路的電流和電壓可能會有波動，因此有幾種測量功率的方法。

有功或有功功率是電路實際使用的功率量，以瓦特為單位。數字功率分析儀使用一種技術將輸入電壓和電流波形數字化，以根據圖1中的方法計算實際功率。

在此示例中，瞬時電壓乘以瞬時電流（I），然后在特定時間段（t）上積分。無論功率因數如何，都可以對任何類型的波形執行有功功率計算（圖2）。

諧波會帶來額外的復雜性。即使電網以標稱60 Hz的頻率運行，電路中也可能存在許多其他頻率或諧波，并且可能還會有DC或DC分量。包括諧波在內的所有因素均被考慮并相加以計算總功率。

圖2中的計算方法用于為所有類型的波形（包括直至儀器帶寬的所有諧波）提供有功功率測量和實際RMS測量。

功率測量

接下來，我們研究如何實際測量給定電路中的功率。功率計是一種使用電壓和電流來確定功率的工具。金發理論說，總功率至少應比電線數量少1瓦。例如，單相兩線電路使用功率計進行電壓和電流測量。

單相，三線分相系統通常出現在常規機柜接線中。這些系統需要兩個功率計來測量功率。

大多數工業電動機使用三相三線電路，該電路使用兩個瓦特表進行測量。同樣，三相四線制電路需要三個功率計，而第四根線是零線。

此方法簡化了安裝和接線配置，因為它只需要監視2個電流和2個電壓即可，而不是3個。它還可以準確地測量平衡或不平衡系統的功率。它的靈活性和廉價的安裝使其成為僅需要測量功率或其他參數的生產測試的理想選擇。

對于工程和研發工作，三相三線三功率計方法是最合適的。因為它提供了可用于平衡負載和確定實際功率因數的其他信息。此方法使用所有三個電壓和所有三個電流。它測量所有三個電壓（a到b，b到c，c到a）并監視所有三個電流。

功率因數測量

確定正弦波的功率因數時，功率因數等于電壓和電流之間的夾角（Cos?）的余弦值。這被定義為“位移”功率因數，僅對正弦波準確。對于所有其他波形（非正弦波），功率因數定義為有功功率（以瓦特為單位）除以視在功率（以安培計）。這稱為“真實”功率因數，可用于所有正弦波和非正弦波波形。

但是，如果負載不平衡（相電流不同），則在計算中僅使用2 VA的測量值，這可能導致功率因數計算中的誤差。由于假設兩個VA相等，因此我們將它們平均。但是，如果不這樣做，可能會得到錯誤的結果。

因此，對于不平衡負載，最好使用3瓦特計法，因為它可以為平衡或不平衡負載提供準確的功率因數計算。

橫河電機和其他功率分析儀使用上述方法，稱為3V-3A（3電壓3電流）接線方法。這是工程和設計工作的最佳方法，因為它可以為平衡或不平衡的三線系統提供準確的總功率因數和VA測量。

基本機械功率測量

在電動機中，機械功率定義為速度乘以轉矩。機械功率通常定義為千瓦（kW）或馬力（hp），1瓦等于每秒1焦耳或每秒1牛頓米。

馬力是每小時執行一次的操作。一匹馬力每分鐘等于33,000磅-英尺。使用以下關系式將馬力轉換為瓦： 1馬力=745.69987W。但是，通常使用746W/hp簡化轉換。

對于交流感應電動機，實際或轉子速度是軸（轉子）旋轉的速度，通常使用轉速表進行測量。同步速度是定子磁場旋轉的速度，是線頻的120倍除以電動機中的極數。理論上，同步速度是電動機的最大速度，但是由于損耗，轉子始終以比同步速度稍慢的速度旋轉，該速度差定義為滑差。

滑差是轉子速度和同步速度之間的差。要確定滑移率，可以使用簡單的百分比計算除以同步速度減去轉子速度。

效率可以用最簡單的形式表示：輸出功率與總輸入功率之比，或者效率=輸出功率/輸入功率。對于電動機，輸出功率是機械功率，輸入功率是功率，因此效率方程變為效率=機械功率/電氣輸入功率。

強大的電動機

壓電超聲電機具有兩個重要的優點：高能量密度和簡單的結構，兩者都有助于實現小型化。我們使用體積約為1立方毫米的定子制造了原型微超聲電機。我們的實驗表明，在1立方毫米的定子中，原型電機產生的扭矩大于10μNm。現在，這種新型電動機是最小的超緊湊型超聲波電動機，并且已經開發出實用的扭矩。

從移動和可穿戴設備到微創醫療設備，各種各樣的應用都需要小型執行器。但是，與制造相關的限制限制了1mm規模的部署。最普通的電磁電動機被小型化并且需要許多復雜的組件（例如線圈，磁體和軸承），以由于污染而表現出嚴重的扭矩耗散。靜電馬達使用微機電系統（MEMS）技術來實現出色的可伸縮性，但動力不足會限制其進一步發展。

壓電超聲電機由于其高扭矩密度和簡單的組件而有望成為高性能的微型電機。迄今為止報道的最小的常規超聲馬達具有直徑為0.25 mm，長度為1 mm的金屬零件。但是，包括預緊機構在內的整體尺寸為2-3mm，扭矩值太小（47nNm），無法在許多應用中用作致動器。

結論

在測量電動機的功率時，必須考慮許多因素，例如總功率因數和實際功率因數。由于這些測量涉及復雜的方程式，因此大多數企業使用功率分析儀自動生成結果。

在決定使用功率分析儀之后，您需要確定頻率范圍和精度等級。儀器兼容性是確保準確讀數的另一個重要方面，特別是對于電流互感器而言，應考慮分析儀的輸入/選項。給定正確的傳感器輸入，功率分析儀也可以用于機械功率測量。選擇合適的速度和扭矩傳感器是確定機械功率的第一步。