力矩電機

01直流力矩電機的結構與工作原理

　　直流力矩電機的工作原理與普通直流電動機相同，不同之處在于其結構。為了在一定體積和電樞電壓下產生大的轉矩和低的轉速，直流力矩電機一般做成扁平式結構，電樞長度與直徑之比一般為0.2左右，極對數較多。為了減小轉矩和轉速的波動，選用較多的槽數和換向片數，通常采用永磁體產生磁場。

　　如下圖1所示為永磁式直流力矩電機的結構。定子是有軟磁材料制成的帶槽的圓環(huán)，在槽中嵌入永磁體。轉子鐵心通常用硅鋼片疊成，槽中嵌入電樞繞組，電樞繞組為單波繞組。槽楔由銅板制成，兼作換向片，槽楔兩端伸出槽外，一端作為電樞繞組接線用，另一端排列成環(huán)形換向器。轉子的所有部件用高溫環(huán)氧樹脂澆鑄成整體。

圖1：永磁式直流力矩電機結構圖

　　直流電機中，若兩臺電機的電樞體積相同，它們的電樞直徑分別為D1和D2，電樞長度分別為L1和L2，假設它們的極對數P、極弧系數ap、槽數、并聯(lián)支路數a、電樞電流Ia和氣隙磁通密度Bδ均相同，槽面積與電樞直徑的二次方成正比，每槽導體數也與電樞直徑的二次方成正比，則它們產生的電磁轉矩之比為：

　　可以看出，在上述前提下，電磁轉矩與電樞直徑成正比，這就是直流力矩電機轉矩大的原因。

02交流力矩電機的結構與工作原理

圖2：交流電機的力矩特性

　　交流力矩電機分為單相和三相兩種，分別是從單相感應電動機和三相感應電動機的基本系列派生的，結構和安裝尺寸與基本系列一致。不同之處在于，其轉子導條通常采用較高電阻率的材料，如黃銅、純銅、銅錳合金等，轉子電阻較普通感應電動機大得多，因而其機械特性與普通感應電動機明顯不同。交流力矩電機的機械等性能如圖2所示，圖中曲線1為普通感應電動機的機械特性。交流力矩電機轉子電阻較大，使最大轉矩對應的轉差率為1，即最大轉矩出現(xiàn)在堵轉點，其機械特性如圖中曲線2所示。

圖3：交流力矩電機的提速特性

　　由于感應電動機的電磁轉矩正比于電源電壓的二次方，通過改變電壓可以得到交流力矩電機的一組調速特性，如圖3所示。在負載轉矩(或轉速)不變時，可以通過調節(jié)電壓來改變電動機的轉速(轉矩)。

　　機械特性非線性度是交流力矩電機的一個重要指標，其定義于：實際機械特性與理想機械特性之間的轉速差最大值與空載轉速之比，如圖4所示。非線性度主要與轉子電阻有關，轉子電阻越大，非線性度越小，一般控制在30%之內。

圖4：機械特性的非線性度

　　力矩電機的特點是具有軟的機械特性，可以堵轉。當負載轉矩增大時能自動降低轉速，同時加大輸出轉矩。當負載轉矩為一定值時改變電機端電壓便可調速，但轉速的調整率不好。因而在電機軸上加一測速裝置，配上控制器，利用測速裝置輸出的電壓和控制器給定的電壓相比，來自動調節(jié)電機的端電壓，使電機穩(wěn)定。

　　力矩電機具有低轉速、大扭矩、過載能力強、響應快、特性線性度好、力矩波動小等特點，可直接驅動負載省去減速傳動齒輪，從而提高了系統(tǒng)的運行精度。

　　為取得不同性能指標，力矩電機有小氣隙、中氣隙、大氣隙三種不同結構形式，小氣隙結構，可以滿足一般使用精度要求，優(yōu)點是成本較低；大氣隙結構，由于氣隙增大，消除了齒槽效應，減小了力矩波動，基本消除了磁阻的非線性變化，電機線性度更好，電磁氣隙加大，電樞電感小，電氣時間常數小，但是制造成本偏高;中氣隙結構，其性能指標略低于大氣隙結構電機，但遠高于小氣隙結構電機，而體積小于大氣隙結構電機，制造成本低于大氣隙結構電機。

01卷繞

　　在電線電纜、紡織、金屬加工、造紙等加工時，卷繞是一個十分重要的工序。產品卷繞時卷筒的直徑逐漸增大，在整個過程中保持被卷產品的張力不變十分重要，因為張力過大會將線材的線徑拉細甚至拉斷，或造成產品的厚薄不均勻，而張力過小則可造成卷繞松馳。為使在卷繞過程中張力保持不變，必須在產品卷繞到卷盤上的盤徑增大時驅動卷筒的電機的輸出力矩也增大，同時為保持卷繞產品線速度不變，須使卷盤的轉速隨之降低，力矩電動機的機械特性恰好能滿足這一要求。

02開卷

　　開卷亦稱松卷、放卷、放線等，在工業(yè)生產中，有時需要把卷繞在滾筒上的產品輸送到下一個工序。在輸送過程中，要求施于產品一個與傳動方向相反的張力，同時要求隨著筒徑的變化，而保持產品傳動的線速度和反向張力恒定，這就要求電機具有制動恒功率特性。

03無級調速

　　力矩電機的機械特性很軟，當負載增加時，電機的轉速降低，輸出力矩增加，而輸出力矩是正比于電壓的平方。如果負載固定，則電機的轉速將隨電壓變化而變化，因此在負載恒定的裝置上，只要通過調壓裝置改變電機的輸入電壓，就能獲得任一的轉速。但是力矩電機低速運行時，其效率極低，不利于長期低速運行。

04堵轉

　　在某些特殊場合中，有時要求電機在一段時間內保持一靜止的力矩，如電纜收卷起始階段須保持張緊;大型鍛壓機的鍛件夾持裝置等。由于力矩電機的阻抗較大；其堵轉電流較小，同時采用了強迫通風，所以能滿足一定時間內的堵轉要求。允許堵轉時間應按銘牌上標定值，如需較長的堵轉時間，可選用較大的力矩電機，通過降低力矩電機的端電壓來獲得。

05其它

　　力矩電機還可根據其多種特點靈活應用，如本身具有直流串勵電機特性，可部分代替直流電機使用;又如根據其轉子具有高電阻特性，起動(堵轉)轉矩大，故可應用在啟閉閘(閥)門以及阻力矩大的拖動系統(tǒng)中；也可利用其起動(堵轉)轉矩大，起動(堵轉)電流小，實心轉子的機械強度高的特點，而使用于頻繁正、反轉的裝置或其他類似動作的各種機械上。