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　　一、摘要

　　本文介紹了歐瑞傳動有速度傳感器矢量變頻器替代力矩電機在塑料機械和印刷機械收卷設備上的應用方案，由于它具有寬闊的轉速/轉矩設定范圍、運行特性更加平滑，已經越來越多地被用于塑料包裝和印刷企業。

　　（1） 力矩電機概述

　　力矩電機是一種具有軟機械特性和寬調速范圍的特種電機。力矩電機包括：直流力矩電機、交流力矩電機、和無刷直流力矩電機。

　　（2）  力矩電機的構造原理

　　當負載增加時，電動機的轉速能自動的隨之降低，而輸出力矩增加，保持與負載平衡。力矩電機的堵轉轉矩高，堵轉電流小，能承受一定時間的堵轉運行。由于轉子電陰高，損耗大，所產生的熱量也大，特別在低速運行和堵轉時更為嚴重，因此，電機在后端蓋上裝有獨立的軸流或離心式風機（輸出力矩較小100機座號及以下除外），作強迫通風冷卻，力矩電機配以可控硅控制裝置，可進行調壓調速，調速范圍可達1：4，轉速變化率≤10%。本系列電機的特性使其適用于卷繞，開卷、堵轉和調速等場合及其他用途，被廣泛應用于紡織、電線電纜、金屬加工、造紙、橡膠、塑料以及印刷機械等工業領域。

　　（3） 力矩電機主要特點

　　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,來自動調節電機的端電壓.使電機穩定!

　　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，從而提高了系統的運行精度。為取得不同性能指標，該電機有小氣隙、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。

　　（4）  力矩電機應用

　　在機械制造、紡織、造紙、橡膠、塑料、金屬線材和電線電纜等工業中，需要將產品卷繞在卷筒（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），就要求卷筒轉速越卷越小，卷繞力越卷越大。應用特性卷繞、開卷（制動恒功率特性）、無級調速等。

　　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弛。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。

　　2、開卷（制動恒功率特性）

　　開卷亦稱松卷、放卷、放線等。在工業生產中，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。

　　3、無級調速

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

　　4、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。

　　5、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。 

　　二  F3000代替力矩電機的配置

　　1   F3000系列變頻器

　　2   變頻矢量電動機

　　3   旋轉編碼器 

　　三 變頻器參數設置和接線

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

　　四  F3000變頻器帶動變頻矢量電機的工作過程

　　F3000變頻器與變頻電機取代力矩電機后，其完全可以達到力矩電機的功能：

　　1   開機空載時，通過調節轉矩控制電位器來調節電機轉矩的大小，通常客戶會有一個經驗值，這時電機的轉速會升到所設置的速度極限值。

　　2   當帶上負載開始收卷后，收卷電機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到電機所調的力矩時，速度保持不變繼續收卷，若牽引速度加快，那么這一段膜的張力就會減少，少于電機的當前力矩，那么變頻器的速度就會加快，直至一致。反之亦然。

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

　　五　結束語

　　用歐瑞變頻器替代力矩電機實現恒張力收放卷功能，具有優越的轉矩特性，而且大大提高了設備的可靠性，克服了電機的發熱情況，節約了電能，也可減小電機的故障。所以越來越多的客戶開始采用變頻器來替代力矩電機實現橫張力控制。