一、摘要

　　本文介紹了傳動有速度傳感器矢量變頻器替代力矩電機(jī)在塑料機(jī)械和印刷機(jī)械收卷設(shè)備上的應(yīng)用方案，由于它具有寬闊的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩設(shè)定范圍、運行特性更加平滑，已經(jīng)越來越多地被用于塑料包裝和印刷企業(yè)。

　　(1) 力矩電機(jī)概述

　　力矩電機(jī)是一種具有軟機(jī)械特性和寬調(diào)速范圍的特種電機(jī)。力矩電機(jī)包括：直流力矩電機(jī)、交流力矩電機(jī)、和無刷直流力矩電機(jī)。

　　(2)  力矩電機(jī)的構(gòu)造原理

　　當(dāng)負(fù)載增加時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動的隨之降低，而輸出力矩增加，保持與負(fù)載平衡。力矩電機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高，堵轉(zhuǎn)電流小，能承受一定時間的堵轉(zhuǎn)運行。由于轉(zhuǎn)子電陰高，損耗大，所產(chǎn)生的熱量也大，特別在低速運行和堵轉(zhuǎn)時更為嚴(yán)重，因此，電機(jī)在后端蓋上裝有獨立的軸流或離心式風(fēng)機(jī)（輸出力矩較小100機(jī)座號及以下除外），作強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，力矩電機(jī)配以可控硅控制裝置，可進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1：4，轉(zhuǎn)速變化率≤10%。本系列電機(jī)的特性使其適用于卷繞，開卷、堵轉(zhuǎn)和調(diào)速等場合及其他用途，被廣泛應(yīng)用于紡織、電線電纜、金屬加工、造紙、橡膠、塑料以及印刷機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。

　　(3) 力矩電機(jī)主要特點

　　力矩電機(jī)的特點是具有軟的機(jī)械特性,可以堵轉(zhuǎn).當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時能自動降低轉(zhuǎn)速,同時加大輸出轉(zhuǎn)矩.當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為一定值時改變電機(jī)端電壓便可調(diào)速.但轉(zhuǎn)速的調(diào)整率不好!因而在電機(jī)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(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓.使電機(jī)穩(wěn)定!

　　具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強(qiáng)、響應(yīng)快、特性線性度好、力矩波動小等特點，可直接驅(qū)動負(fù)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(biāo)，該電機(jī)有小氣隙、中氣隙、大氣隙三種不同結(jié)構(gòu)形式，小氣隙結(jié)構(gòu)，可以滿足一般使用精度要求，優(yōu)點是成本較低；大氣隙結(jié)構(gòu)，由于氣隙增大，消除了齒槽效應(yīng)，減小了力矩波動，基本消除了磁阻的非線性變化，電機(jī)線性度更好，電磁氣隙加大，電樞電感小，電氣時間常數(shù)小，但是制造成本偏高；中氣隙結(jié)構(gòu)，其性能指標(biāo)略低于大氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)，但遠(yuǎn)高于小氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)，而體積小于大氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)，制造成本低于大氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)。

　　(4)  力矩電機(jī)應(yīng)用

　　在機(jī)械制造、紡織、造紙、橡膠、塑料、金屬線材和電線電纜等工業(yè)中，需要將產(chǎn)品卷繞在卷筒（盤）上。卷繞的直徑從開始至末了是越卷越大，為保持被卷物張力均勻（即線速度不變），就要求卷筒轉(zhuǎn)速越卷越小，卷繞力越卷越大。應(yīng)用特性卷繞、開卷（制動恒功率特性）、無級調(diào)速等。

　　1、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(chǎn)品卷繞時卷筒的直徑逐漸增大，在整個過程中保持被卷產(chǎn)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(xì)甚至拉斷，或造成產(chǎn)品的厚薄不均勻，而張力過小則可造成卷繞松弛。為使在卷繞過程中張力保持不變，必須在產(chǎn)品卷繞到卷盤上的盤徑增大時驅(qū)動卷筒的電機(jī)的輸出力矩也增大，同時為保持卷繞產(chǎn)品線速度不變，須使卷盤的轉(zhuǎn)速隨之降低，力矩電動機(jī)的機(jī)械特性恰好能滿足這一要求。

　　2、開卷（制動恒功率特性）

　　開卷亦稱松卷、放卷、放線等。在工業(yè)生產(chǎn)中，有時需要把卷繞在滾筒上的產(chǎn)品輸送到下一個工序。在輸送過程中，要求施于產(chǎn)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(chǎn)品傳動的線速度和反向張力恒定，這就要求電機(jī)具有制動恒功率特性。

　　3、無級調(diào)速

　　力矩電機(jī)的機(jī)械特性可以在現(xiàn)代伺服驅(qū)動裝置的控制下實現(xiàn)較高的剛度，因此可以代替原來機(jī)械傳動裝置實現(xiàn)直接驅(qū)動。目前已經(jīng)有采用力矩電機(jī)為核心動力元件的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控擺角銑頭等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在體積功率比上還不如機(jī)械傳動裝置的當(dāng)，但由于其沒有傳動間隙，沒有磨損，傳動精度和效率高等優(yōu)勢，已經(jīng)開始在精密裝備上推廣使用行。

　　4、堵轉(zhuǎn)

　　在某些特殊場合中，有時要求電機(jī)在一段時間內(nèi)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(jī)的鍛件夾持裝置等。由于力矩電機(jī)的阻抗較大；其堵轉(zhuǎn)電流較小，同時采用了強(qiáng)迫通風(fēng)，所以能滿足一定時間內(nèi)的堵轉(zhuǎn)要求。允許堵轉(zhuǎn)時間應(yīng)按銘牌上標(biāo)定值，如需較長的堵轉(zhuǎn)時間，可選用較大的力矩電機(jī)，通過降低力矩電機(jī)的端電壓來獲得。

　　5、其它

　　力矩電機(jī)還可根據(jù)其多種特點靈活應(yīng)用，如本身具有直流串勵電機(jī)特性，可部分代替直流電機(jī)使用；又如根據(jù)其轉(zhuǎn)子具有高電阻特性，起動（堵轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)矩大，故可應(yīng)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(zhuǎn)）轉(zhuǎn)矩大，起動（堵轉(zhuǎn)）電流小，實心轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度高的特點，而使用于頻繁正、反轉(zhuǎn)的裝置或其他類似動作的各種機(jī)械上。

二  F3000代替力矩電機(jī)的配置

　　1   F3000系列變頻器

　　2   變頻矢量電動機(jī)

　　3   旋轉(zhuǎn)編碼器

三 變頻器參數(shù)設(shè)置和接線

　　在實際工作使用過程中，最常用的是只使用模擬量調(diào)節(jié)來控制轉(zhuǎn)矩大小，而速度極限控制使用固定值就可以了，不低于設(shè)備要求的最高工作頻率。

四  F3000變頻器帶動變頻矢量電機(jī)的工作過程

　　F3000變頻器與變頻電機(jī)取代力矩電機(jī)后，其完全可以達(dá)到力矩電機(jī)的功能：

　　1   開機(jī)空載時，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩控制電位器來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小，通常客戶會有一個經(jīng)驗值，這時電機(jī)的轉(zhuǎn)速會升到所設(shè)置的速度極限值。

　　2   當(dāng)帶上負(fù)載開始收卷后，收卷電機(jī)會由于加載而速度降低，從牽引處到收卷軸處的塑料薄膜的張力達(dá)到電機(jī)所調(diào)的力矩時，速度保持不變繼續(xù)收卷，若牽引速度加快，那么這一段膜的張力就會減少，少于電機(jī)的當(dāng)前力矩，那么變頻器的速度就會加快，直至一致。反之亦然。

　　3   若牽引電機(jī)停止工作，那么收卷電機(jī)也會由于膜的張力過大而停機(jī)，變頻器的頻率降到零，同時保持現(xiàn)有的力矩大小以使膜不會松弛。一旦牽引電機(jī)開始工作，收卷電機(jī)會隨之加減速。

五　結(jié)束語

　　用變頻器替代力矩電機(jī)實現(xiàn)恒張力收放卷功能，具有優(yōu)越的轉(zhuǎn)矩特性，而且大大提高了設(shè)備的可靠性，克服了電機(jī)的發(fā)熱情況，節(jié)約了電能，也可減小電機(jī)的故障。所以越來越多的客戶開始采用變頻器來替代力矩電機(jī)實現(xiàn)橫張力控制。