想要实现横张力控制？试试用变频器替代力矩电机

　　1 概述

　　力矩电机，是一种兼具软机械特性和宽调速范围的特种电机，它包括直流力矩电机、交流力矩电机、和无刷直流力矩电机三类。

　　2 构造原理

　　当负载增加时，电动机转速随之自动减低，但是输出力矩增长，这样可以保持负载的平衡。力矩电机的堵转转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。由于转子电阴高，损耗大，产生的热量也大，特别遇到低速运行和堵转情况时更为严重，因此，电机在后端盖上装有独立的轴流或离心式风机，作强迫通风冷却，力矩电机配以可控硅控制装置，可进行调压调速，调速范围可达1：4，转速变化率≤10%。

　　3 主要特点

　　力矩电机具有软的机械特性，可以堵转。当负载转矩增大时，自动降低转速，同时加大输出转矩。当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速。因而在电机轴上加上一个测速装置，同时配上控制器。利用测速装置输出的电压和控制器给定的电压相比，实现调节电机端电压的自动化。

　　力矩电机因其低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，直接应用于驱动负载，省去了减速传动齿轮，从而提高了系统的运行。该电机有小气隙、中气隙、大气隙三种不同形式的类型。

　　小气隙结构：能满足一般使用的要求，优点是成本低；

　　中气隙结构：其性能指标略低于大气隙结构电机，但远高于小气隙结构电机，而体积小于大气隙结构电机，制造成本低于大气隙结构电机。

　　大气隙结构：由于气隙增大，消除了齿槽效应，减小了力矩波动，基本消除了磁阻的非线性变化，电机线性度更好，电磁气隙加大，电枢电感小，电气时间常数小，但缺点是制造成本偏高；

　　4 应用

　　在机械制造、纺织、造纸、橡胶、塑料、金属线材和电线电缆等工业中，需要将产品卷绕在卷筒（盘）上。卷绕的直径从开始至结束是越卷越大，为保持被卷物张力均匀，就要求卷筒转速越卷越小，卷绕力越卷越大。应用特性卷绕、开卷（制动恒功率特性）、无级调速等。

　　4.1 卷绕

　　在电线电缆、纺织、金属加工、造纸等加工时，卷绕是一个十分重要的工序。产品卷绕时卷筒的直径逐渐增大，在整个过程中保持被卷产品的张力不变十分重要，因为张力过大会将线材的线径拉细甚至拉断，或造成产品的厚薄不均匀，而张力过小则可造成卷绕松弛。为使在卷绕过程中张力保持不变，必须在产品卷绕到卷盘上的盘径增大时驱动卷筒的电机的输出力矩也增大，同时为保持卷绕产品线速度不变，须使卷盘的转速随之降低，力矩电动机的机械特性恰好能满足这一要求。

　　4.2 开卷（制动恒功率特性）

　　开卷亦称松卷、放卷、放线等。在工业生产中，有时需要把卷绕在滚筒上的产品输送到下一个工序。在输送过程中，要求施于产品一个与传动方向相反的张力，同时要求随着筒径的变化，而保持产品传动的线速度和反向张力恒定，这就要求电机具有制动恒功率特性。

　　4.3 无级调速

　　力矩电机的机械特性可以在现代伺服驱动装置的控制下实现较高的刚度，因此可以代替原来机械传动装置实现直接驱动。目前已经有采用力矩电机为动力元件的数控回转工作台，数控摆角铣头等产品。这些产品在体积功率比上还不如机械传动装置的当，但由于其没有传动间隙，没有磨损，传动和效率高等优势，已经开始在精密装备上广泛推广使用。

　　4.4 堵转

　　在某些特殊场合中，有时要求电机在一段时间内保持静止，如电缆收卷起始阶段须保持紧张；大型锻压机的锻件夹持装置等。由于力矩电机的阻抗较大；其堵转电流较小，同时采用了强迫通风，所以能满足一定时间内的堵转要求。允许堵转时间应按铭牌上标定值，如需较长的堵转时间，可选用较大的力矩电机，通过降低力矩电机的端电压来获得。

　　4.5 其它

　　力矩电机还有更多的应用，应该根据其本身灵活的特点。力矩电机本身具有直流串励电机的特点，那它可以部分代替直流电机来使用；又如根，高电阻的特性，使得其起动（堵转）转矩大，故可利用在启闭闸（阀）门以及阻力矩大的拖动系统中；甚至，可利用其起动（堵转）转矩大，起动（堵转）电流小，实心转子的机械强度高的特点，而使用于频繁正、反转的装置或其他类似动作的各种机械上。总之，力矩电机有很多很多的特点和应用等着我们去发现。

　　5 代替力矩电机的配置

　　a HC-V系列变频器

　　b 变频矢量电动机

　　c 旋转编码器

　　6 XL变频器带的工作过程

　　xl变频器与变频电机取代了力矩电机后，可完全达到力矩电机的功能：

　　a 开机空载时，通过调节转矩控制电位器，调节电机转矩的大小。通常客户会有一个经验值，这时电机的转速会升到预设的极限值。

　　b 当带上负载开始收卷后，收卷电机的速度会因为加载而降低，从牵引处到收卷轴处的塑料薄膜的张力达到电机所调的力矩时，保持匀速继续收卷。若是牵引速度逐渐加快，那么这一段膜的张力就会随之减少，当少于电机的当前力矩，那么变频器的速度就会加快，直至达到一致。反之亦然。

　　c 若牵引电机停止工作，那么收卷电机也会由于膜的张力过大而停机，变频器的频率降到零，同时保持现有的力矩大小以使膜不会松弛。一旦牵引电机开始工作，收卷电机会随之加减速。

　　7 结语

　　用迅磊变频器代替力矩电机实现恒张力收放卷功能，具有优越的转矩特性，且较大程度上提高了设备的可靠性，同时，克服了电机的发热情况，节约了电能，将故障化。