交流力矩电机软机械特性的应用
仪化瓶片生产中心钱伟
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
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。

M
M max
max0 （转速）
图 A
图A中：1—一般电机2—力矩电机
n0—同步转速M max—力矩电机堵转转矩
n max—一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n0—n max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M max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*（πDn/60）
式中：F—附着物阻力N
V—刮板线速度m/s
D—附着物直径m
n—转速r/min
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：
000
图 B
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1/2的堵转转矩。

在选用力矩电机时，其输出力矩应在最大力矩的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：
n r=60*v*i n/（π*d）
式中：v—线速度m/s
d—滤芯直径m
i n—减速比（最小减速比）
（2）计算负载最大时电机的转速
n s=60*v*i m/（π*d m）
式中：i m—最大减速比
d m—负载最大时，附着物的最大直径m
（3）确定力矩电机的转速范围
n r≥0.3 n0n s≤0.7 n0
2 、确定力矩电机的堵转力矩M m
M s=M g/0.85
M m=(1.5—1.8)M s
式中：M g—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。