交流力矩电机软机械特性的应用

片生产中心 钱伟 摘要：针对瓶片一装置自清洗系统的工作性质及对其驱动部分的

要求， 简要探讨 了力矩电机软机械特性， 提出了力矩电机的选型公式， 讨论了力矩电机的最佳工 作状态及合理的运用。 关键词： 机械特性 转矩 力矩

、尸■ 、 亠 前言

在我中心瓶片一装置 CP 生产线上，自清洗系统运行的正常与否， 对生产起着十分重要的作用， 自清洗系统如不能正常运行， 就会影响 真空系统， 引起生产的不稳定。 以往我们利用直流力矩电机做为其驱 动装置， 但由于直流力矩电机输出转矩小， 自身损耗大（电刷磨损十 分厉害），且运行环境不适合，故使用寿命很短，在短短的半年内已 报废了四台， 在研究了交流力矩电机的机械特性后， 我认为其十分适 合做为自清洗系统的驱动装置。

1、概述 力矩电机是低转速、大转矩、在精度和准确性要求高的自动控 制系统中直接拖动的一类伺服电动机，也有交直流两大类之分。

三相力矩异步电机， 是因其容量以堵转时能在轴上输出转矩 （公 斤•米）标志而得名。它具有软的机械特性，在负载转矩增加时，能 自动降低转速， 并增加输出转矩。根据用途和相应的机械特性， 可分 为卷绕特性（恒功率）和导辊特性（恒转矩）两大类。它是异步电机 的一种特殊应用， 在结构上和鼠笼式电机有一定的区别， 定子绕组和 鼠笼电机相同，转子导条和端环是采用高电阻的 H62 黄铜组成或采 用实心转子， 在设计上气隙密度较一般鼠笼式电机为小 （为鼠笼式电

机的0.3~0.8),因此形成了与普通鼠笼式电机不同的机械特性曲线。 气隙磁密低和转子高电阻率又使电机可堵转工作而不被烧坏，

有高转

矩特性，且能在低于同步转速的任意转速下运行，传动的力能指标低， 一般效率和功率因数都小于 0.5。

2、力矩电机机械特性

图A中1、2曲线分别是普通鼠笼式电机和力矩电机的机械特性。

图A中：1—一般电机

n0 —同步转速

2—力矩电机

Mmax —力矩电机堵转转矩

nmax

般电机在最大转矩是的转速

由图A中可看出，对于曲线1只能在稳定区no — nmax区间内运 行，也就是说，普通电机的稳定范围很窄。而曲线2可在整个曲线范 围内运行，其最大力矩 Mmax出现在n=0处。从曲线还可以看出力矩 电机的机械特性很软，当输出负载转矩增大时，电机的转速能自动降 低，负载减小时，电机的转速又能自动升高。

一装置所选用的力矩电机属恒功率变速电机， 其输出功率P的表

达式为：P=F*V，在用做清洗驱动部分时:

P=F* (n Dn/60)

式中：F—附着物阻力

V—刮板线速度 D—附着物直径

N m/s m r/mi n

n转速

当P恒定且附着物阻力不变时，附着物半径与电机转速成反比， 即附着物多时转速低，附着物少时转速高， F—V的变化关系如图B 所示：

图B中相交的阴影部分是两条曲线的匹配特性，其阴影部位力 矩电机工作特性最为理想。

3、选用力矩电机的计算程序

只有合理地使用力矩电机才能使其工作在合理状态中。 力矩电机 的选型应满足两个条件：一是转速范围和所需工作转速相适应； 二是 电机的输出转速应和负载所需转速相应。最佳输出转速约为 转转矩。在选用力矩电机时，其输出力矩应在最大力矩的

1/2的堵 0.2~0.8倍

范围内，工作速度在 0.3~0.7 的同步转速区间内。

综上所述，我们选用力矩电机的计算程序如下： 1、 确定力矩电机的转速范围(极数) 。

(1)按工艺要的线速度计算空载时电机的转速：

nr=60*v*i n/ ( n *d )

式中：v —线速度

d —滤芯直径

m/s m

in —减速比(最小减速比)

( 2) 计 算负载最大时电机的转速

ns=60*v*i m/ ( n *dm)

式中：im—最大减速比

dm —负载最大时，附着物的最大直径

( 3) 确 定力矩电机的转速范围

nr》0.3 no

nsW 0.7 no

m

2 、确定力矩电机的堵转力矩 Mm

Ms=Mg/0.85 Mm=(1.5—1.8)Ms

式中：Mg —轴输出力矩

通过以上计算，最后选定力矩电机，确定其堵转力矩和电机极数。

同时应注意， 力矩电机的堵转力矩不能选得过大。 力矩电机不同于一 般异步电机的大马拉小车。 一般异步电机在轻载下运行对容量上是个 浪费，功率因数低对转动并无影响。 但力矩电机则不然， 如选用力矩 规格过大， 在轻载时，要满足附着物阻力的要求就要降低电机的输入 电压，这就使得转矩—转速曲线变得平坦， 使二者变化不灵敏， 影响 工作质量， 一般最低电压不低于电机额定电压的 50%为宜。工作转速 过低，将使最大力矩发挥不出来。

4、结论 瓶片一装置自从选用交流力矩电机做为自清洗系统的驱动装置 后，取得了令人满意的效果， 原先需三天拆洗一次清洗罐，现在工作 周期已延长到了二十多天拆洗一次， 且避免了直流力矩电机输出转矩 小，电刷磨损厉害，电机寿命短的缺点。同时也节省了人力，减轻了 操作工的现场工作负荷。