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力矩电机
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什么是力矩电机
 
力矩马达也叫力矩电机,它是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数,以降低转矩脉动和转速脉动。
 
力矩电机简介
 
力矩电动机是一种极数较多的特种电机,可以在电动机低速甚至堵转(即转子无法转动)时仍能持续运转,不会造成电动机的损坏。而在这种工作模式下,电动机可以提供稳定的力矩给负载(故名为力矩电动机)。力矩电动机也可以提供和运转方向相反的力矩(刹车力矩)。力矩电动机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力。
 
力矩电机包括:直流力矩电机、交流力矩电机、和无刷直流力矩电机。它广泛应用于机械制造、纺织、造纸、橡胶、塑料、金属线材和电线电缆等工业中。
 
力矩电机分类
 
力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。
 
直流力矩电动机的自感电抗很小,所以响应性很好;其输出力矩与输入电流成正比,与转子的速度和位置无关;它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速,所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比,并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。
 
交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种,目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机,它具有低转速和大力矩的特点。一般地,在纺织工业中经常使用交流力矩电动机,其工作原理和结构和单相异步电动机的相同,但是由于鼠笼型转子的电阻较大,所以其机械特性较软。
 
力矩电机结构
 
力矩电动机可以视为是经过力矩最佳化后的电动机。力矩电动机和一般电动机的差异是允许很高的转矩,其散热性能也很好,因此在电动机堵转,大电流输出的条件下也可以正常工作。
 
力矩电动机一般会用直流无刷电动机来设计,但有时也会用切换磁阻电动机、感应电动机。因为力矩电动机没有概念上的标准,因此有时会称为低速电动机或是高转矩电动机。
 
力矩电动机结构为甜甜圈形,分为转子在外圈,定子在内圈的外转子电动机,以及定子在外圈,转子在内圈的内转子电动机。因为相同尺寸下,外转子可以产生较大的力矩,因此外转子电动机比较常用。
 
有些力矩电动机只能在特定角度范围内工作,无法旋转一圈,这种力矩电动机称为限制角度力矩电动机(limited angle torque motor)或摇摆电动机(swing motor)。也有线性电动机考虑将类似力矩电动机的特性引入线性电动机中。
 
力矩电机应用
 
力矩电动机常见的应用是在磁带机的供带及收带电动机。在这类应用中,电动机需要的电压不高,但这类电动机的特性会使磁带上有相对稳定的张力,不受读写头是否有接近磁带的影响。若提供较高的电压,其转矩也比较大,力矩电动机可以在没有齿轮及离合器的情形下进行快速的前进或倒带。在电力游戏的领域中,力矩电动机常用来驱动动力回授的方向盘。
 
另一个常见的应用是用在内燃机的节流阀中,连接电子调速器。此应用中,电动机会连接一个返回弹簧,配合调速器的输出调整节流阀。调速器依点火系统磁性检出元件产生的脉波来监控速度,依速度来微幅调整给电动机的电流,若引擎比理想速度要慢,电流会增加,电动机会产生力矩,抵抗返回弹簧的施力,打开节流阀。若引擎运转太快,调速器会减少给电动机的电流,返回弹簧施力,关闭节流阀。
 
在一些无法配合减速机构的场合,也可以用力矩电动机做为直接驱动机构的致动器,例如运动控制系统或是伺服系统。
 
力矩电动机原理
 
恒转矩特性力矩电动机,能在一般较宽的转速范围内,使转矩基本恒定,适用于转速变化时,要求恒定转矩的传动场合。例如,印染机械中,用若干辊轴传送织物时,由于织物并不卷绕在辊轴上,而只是贴在辊轴表面上靠它来传动,辊轴直径是不改变的,这种场合宜使用恒转矩特性电动机,以保证在任何速度下,转矩恒定,织物的张力恒定。
 
力矩电动机允许长期低速运转(甚至堵住不动),它的发热很严重,通常采用外加鼓风机强迫风冷。使用力矩电动机时应注意检查鼓风机的运行情况是否良好,其周围应有良好的通风环境,不允许有干燥易燃物。易燃粉尘或挥发性可燃油类等靠近。
 
由于使用情况不同,由力矩电动机带动的机械所卷绕或传递的材料种类和规格不同,需要的张力不同,要求调节力矩电动机的转矩,或要求在一定范围内变速,通常采用调节施加在力矩电动机上的电压以实现这些要求。改变力矩电动机的输入电压通常使用调压器,在要求提高机械特性硬度和调节精度的场合,也可以采用可控硅速度负反馈控制电路进行无级调速,但系统较复杂。
 
力矩电动机调压方法
 
力矩电动机在不平衡状态下运行,调节性能较差,但由于设备简单,这种调节形式应用较多,常用的单相调压方法有以下两种:
 
1、 调压器接在两相之间。
 
2、 调压器接在一相和零线之间,采用单相调节时应注意,在调压器调至电压低于某一数值后,会在某一速度下出现负转矩。当电压调至0V时,整个速度范围内都将出现负转矩。如果力矩电动机所带动的是纺织品或塑料品、纸张等东西时,由于电动机此时存在一个制动力矩,会造成张力不正常。造成负转矩的原因是由于力矩电动机的特性较软。
 

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