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(dòng)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(chǎn)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(cháng)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(dòng)，選用較多的槽數和換向片數，通常采用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)。

　　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(xiàn)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(shù)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(cháng)度分別為L(cháng)1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(chǎn)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(dòng)機和三相感應電動(dòng)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(dòng)機大得多，因而其機械特性與普通感應電動(dòng)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(xiàn)1為普通感應電動(dòng)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，即最大轉矩出現在堵轉點(diǎn)，其機械特性如圖中曲線(xiàn)2所示。

圖3：交流力矩電機的提速特性

　　由于感應電動(dòng)機的電磁轉矩正比于電源電壓的二次方，通過(guò)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(shí)，可以通過(guò)調節電壓來(lái)改變電動(dòng)機的轉速(轉矩)。

　　機械特性非線(xiàn)性度是交流力矩電機的一個(gè)重要指標，其定義于：實(shí)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(xiàn)性度主要與轉子電阻有關(guān)，轉子電阻越大，非線(xiàn)性度越小，一般控制在30%之內。

圖4：機械特性的非線(xiàn)性度

　　力矩電機的特點(diǎn)是具有軟的機械特性，可以堵轉。當負載轉矩增大時(shí)能自動(dòng)降低轉速，同時(shí)加大輸出轉矩。當負載轉矩為一定值時(shí)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(lái)自動(dòng)調節電機的端電壓，使電機穩定。

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

　　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(mǎn)足一般使用精度要求，優(yōu)點(diǎn)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(dòng)，基本消除了磁阻的非線(xiàn)性變化，電機線(xiàn)性度更好，電磁氣隙加大，電樞電感小，電氣時(shí)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(xiàn)電纜、紡織、金屬加工、造紙等加工時(shí)，卷繞是一個(gè)十分重要的工序。產(chǎn)品卷繞時(shí)卷筒的直徑逐漸增大，在整個(gè)過(guò)程中保持被卷產(chǎn)品的張力不變十分重要，因為張力過(guò)大會(huì )將線(xiàn)材的線(xiàn)徑拉細甚至拉斷，或造成產(chǎn)品的厚薄不均勻，而張力過(guò)小則可造成卷繞松馳。為使在卷繞過(guò)程中張力保持不變，必須在產(chǎn)品卷繞到卷盤(pán)上的盤(pán)徑增大時(shí)驅動(dòng)卷筒的電機的輸出力矩也增大，同時(shí)為保持卷繞產(chǎn)品線(xiàn)速度不變，須使卷盤(pán)的轉速隨之降低，力矩電動(dòng)機的機械特性恰好能滿(mǎn)足這一要求。

02開(kāi)卷

　　開(kāi)卷亦稱(chēng)松卷、放卷、放線(xiàn)等，在工業(yè)生產(chǎn)中，有時(shí)需要把卷繞在滾筒上的產(chǎn)品輸送到下一個(gè)工序。在輸送過(guò)程中，要求施于產(chǎn)品一個(gè)與傳動(dòng)方向相反的張力，同時(shí)要求隨著(zhù)筒徑的變化，而保持產(chǎn)品傳動(dòng)的線(xiàn)速度和反向張力恒定，這就要求電機具有制動(dòng)恒功率特性。

03無(wú)級調速

　　力矩電機的機械特性很軟，當負載增加時(shí)，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(guò)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(shí)，其效率極低，不利于長(cháng)期低速運行。

04堵轉

　　在某些特殊場(chǎng)合中，有時(shí)要求電機在一段時(shí)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(shí)采用了強迫通風(fēng)，所以能滿(mǎn)足一定時(shí)間內的堵轉要求。允許堵轉時(shí)間應按銘牌上標定值，如需較長(cháng)的堵轉時(shí)間，可選用較大的力矩電機，通過(guò)降低力矩電機的端電壓來(lái)獲得。

05其它

　　力矩電機還可根據其多種特點(diǎn)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(dòng)(堵轉)轉矩大，故可應用在啟閉閘(閥)門(mén)以及阻力矩大的拖動(dòng)系統中；也可利用其起動(dòng)(堵轉)轉矩大，起動(dòng)(堵轉)電流小，實(shí)心轉子的機械強度高的特點(diǎn)，而使用于頻繁正、反轉的裝置或其他類(lèi)似動(dòng)作的各種機械上。