变频力矩电机

蓝海华腾变频器应用方案介绍 替代力矩电机收线

一、系统介绍

现在的线材加工设备大多需要对加工完成的成品进行工字轮收线。过去常采用力矩电机驱动工字轮收线，但该方式能耗大，力矩电机和控制器维护成本高。蓝海华腾充分发挥产品自身优势，率先在国产变频器中提出并推广了无速度编码器反馈的开环转矩方案，该方案无需安装用于反馈电机速度的编码器信号，也无需任何张力架、张力传感器等反馈信号；产品采用先进的转矩控制算法，通过对收卷电机工作电流的辨识和解耦，以及机内对卷径的自动计算，实现了对异步电动机的精确转矩控制以获得优于力矩电机的线材卷绕的恒张力控制性能。

二、工艺介绍：

1. 同步收线。在设备工作过程中，由于启动运行或前级处理线材的线速度给定可能随时会调整变化，所以要求后级收卷一定要时刻跟随前级当前的运行速度。若后级跟随慢了，会造成工字轮上的丝线松散甚至乱线，若后级跟随快了，可能造成成品局部的牵伸变形甚至拉断线。所以要求电机运行时力矩控制稳定且响应迅速。

2. 空卷满卷启动或停车。在实际工作中，无论当前工字轮上线材缠绕的多少，也就是说无论卷径的大小，都会可能有启动或者停机的要求；特别是满卷时，当前的工字轮最重，惯性也最大，加之考虑到摩擦力，系统惯量等因素和空卷时差别很大。

基准频率是50HZ，在50HZ以下电压和频率成正比。频率实际上就是反映的转速。这段转矩不变的，我们称之为恒转矩调速。转矩大小等于 T=9550*P(额定功率)/N（额定转速）

1、变频器首先降低设定频率，则变频器的输出频率将按照预定的斜率下降，但由于系统惯性，电机的转子速度不会同步下降，会滞后变频器输出的频率变化，所以此时（变频器输出的）定子频率将小于转子频率（也就是电机转速），所以转差变为负值，所以电机力矩将变为负值，将和负载阻力矩一起作用实现电机降速。

2、当预定速度到达后，电机定子频率将不再变化，当转子频率和定子频率相等时，电机将不输出力矩，此时电机只在负载阻力矩下继续降速。当这个维持时间很短，因为一旦转子频率定于定子频率，则转差就变为正值，电机将输出电动力矩阻止电机速度继续下降，直到电机力矩等于负载阻力矩时达到平衡

所以电机力矩将会出现由正变成负（短时为0）而后在为正。

一般来讲，如果变频器驱动的负载为恒转矩，则变速后电机稳态力矩依然不变（等于变速前），如果变频器驱动的是变转矩（如风机泵），降速后电机的稳态力矩将下降

电机的旋转速度同频率成比例

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。 感

基准频率是50HZ，在50HZ以下电压和频率成正比。频率实际上就是反映的转速。这段转矩不变的，我们称之为恒转矩调速。转矩大小等于 T=9550*P(额定功率)/N（额定转速）

1、变频器首先降低设定频率，则变频器的输出频率将按照预定的斜率下降，但由于系统惯性，电机的转子速度不会同步下降，会滞后变频器输出的频率变化，所以此时（变频器输出的）定子频率将小于转子频率（也就是电机转速），所以转差变为负值，所以电机力矩将变为负值，将和负载阻力矩一起作用实现电机降速。

2、当预定速度到达后，电机定子频率将不再变化，当转子频率和定子频率相等时，电机将不输出力矩，此时电机只在负载阻力矩下继续降速。当这个维持时间很短，因为一旦转子频率定于定子频率，则转差就变为正值，电机将输出电动力矩阻止电机速度继续下降，直到电机力矩等于负载阻力矩时达到平衡

所以电机力矩将会出现由正变成负（短时为0）而后在为正。

一般来讲，如果变频器驱动的负载为恒转矩，则变速后电机稳态力矩依然不变（等于变速前），如果变频器驱动的是变转矩（如风机泵），降速后电机的稳态力矩将下降

电机的旋转速度同频率成比例

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。 感

电机有一个很大的特点，就是在一定范围内，能自动调节负荷力矩(转矩)和转速的关系。在电机的最大转矩范围内，转矩将随转速下降而增大，电机负载增加，转速必然下降，旋转磁场切割导体的速度增加，在转子导体中感应较大的电流，增大了电磁力对转子的推动作用，使电机产生较大转矩。 其关系：M＝975×(P/n)

M--转矩(Kg.M),P--电机额定功率(KW)，n--电机额定转速(转/分)

力量也就是，电机的力矩。在同一功率的电机情况下，级数越大的，力就越大。根据转矩公式。T=(P/N)*9550.其中T就是所谓的力矩了，P就是功率,N就是电机的转速,其中的转速根据电机的速度公式来，级数越大的速度就越小！

电动机的转矩分启动转矩，最大转矩，和额定转矩。启动转矩就是在启动时候产生的一个比额定转矩大1.7-2.2倍的转矩，这个启动转矩能克服转子的静摩擦和电机所带动的负荷产生的阻力。最大转矩就是在电机在过载情况下自我调节的一个参数，但电机在过载情况下时，转子的转速就会下降，这样在电源的频率不变的情况下，定子切割转子导条的速度变大，就会在转子里产生更大的感应电动势，而转子导条的电阻

是一定的，所以转子导条产生的电流就要比正常运行时大，根据左手定则就可以知道，磁场力的东

第二节 力矩 力矩的平衡

1.什么是物体的平衡状态？物体在共点力的作用下，如果保持静止或者做 匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态。

2.在共点力作用下，物体的平衡条件是什么？

F合

= 0

OA为轻质杆，求绳AB上的拉力B F2

θO

A F1 G

G1

G

若考虑OA的重力

由于OA的重量G1与其余三个力为非共点力，就不 能用前面学到的知识解题，要用到今天上讲的知 识。

一、转动平衡1、力可以使物体转动：(1)门转动时，门上各点绕门轴做圆周运动。 (2)电风扇转动时，叶片上各点都沿圆周运动，圆周 的中心在同一直线上。

2、转动轴：物体转动时，各点做圆周运动的圆心的连线。

3、转动平衡：一个有固定转动轴的物体，在力的作用下，如果保持静止 (或匀速转动),我们称这个物体处于转动平衡状态。

4、物体的平衡状态：包括保持静止、匀速直线运动、匀速转动这三种状态。

力对物体的转动作用跟什么因素有关？ 举例1力越大，力对物体 的转动作用越大

演示2

即力臂

演示3

力和转动轴的距离越大， 力对物体的转动作用越大

力对物体的转动作用与 转动轴到力的作用点的 距离没有必然关系

力臂：从转动轴到力的作用线的垂直距离。

※力臂的找法一轴：即先找到转动轴； 二线：找到力的作用线； 三垂直：从转轴向力的

第一章 概述

1.1 变频调速技术的发展与应用

近十年来，随着电力电子技术、微电子学、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，

电力传动领域正发生着交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术的革命。交流变频调速以其优异的调速和起、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，被国内外公认为最有发展前途的调速方式，成为节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。

1.1.1我国变频调速技术的发展概况

在电气传动领域，人们关心的是如何合理地使用电动机以节约电能和有目地控制机械

的运转状态（位置、速度、加速度等），在实现电能-机械能之间的转换过程中达到优质、高产、低耗的目的。今年来交流调速最活跃、发展最快的就是变频调速技术，是交流调速的基础和主干内容，其根本原因在于变频调速在节能和调速特性优于其他调速方式，当然，电力电子器件发展、计算机技术、自动控制技术的迅速发展也为它的实现提供了基础。

我国关于变频调速的研究始于20世纪60年代初期，当时典型的技术是交-交变频器供电的交流变频调速传动；继此之后80年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动；从90年代中期至今，随着电力电子器件、调制技

森力玛主轴变频电机样本

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变频器是如何改变频率和电压控制电机的？

如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。

工频电源：由电网提供的动力电源（商用电源） 起动电流：当电机开始运转时，变频器的输出电流

变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动 电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。

通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。

通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

1.当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低 通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此

变频器是怎样控制电机转速的

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。 1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

电机旋转速度单位：r/min 每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min]

4极电机 50Hz 1500 [r/min] 结论：电机的旋转速度同频率成比例

感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。

另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数

结论：改变频率和电压是最优的电机控制方法

如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改

力矩专题

有固定转动轴物体的平衡同步精练

精练一（有固定转动轴物体的平衡1）

1．某同学用一不等臂天平称量物体A的质量，他先把物体A放在天平的右方托盘上，使天平平衡时，左托盘上所放的砝码的质量为m1；他把物体A再放在天平的左托盘上，使天平平衡时，右方托盘上所放砝码质量为m2。被称物体质量等于（ ）

（A）m1m2

（B）（m1＋m2）/2

（C）m1m2/（m1＋m2）

（D）无法确定.

2．对于有固定转动轴的物体，下列说法中正确的是（ ）

（A）有固定转动轴的物体只要在转动，其合力矩必不为零

（B）两个同方向的力作用在有固定转动轴物体上产生的力矩也必同方向

（C）力臂最长不超过力的作用点到转动轴的距离

（D）两个力作用于同一点，力大的产生的力矩一定也大

3．如图所示，均匀杆AB重为10N，右端A铰接于墙上，杆恰水平，B

端用一细绳系于墙上的C点，且在B端挂一物体，物体重为20N，则绳

子张力大小为 。

4．如图所示，均匀正方体边长为a，重为Ｇ，在上端加一水平力F，恰能翻动，则F＝ 。若作用点和施力方向可以任选，则要使正方体能翻动，所需的最小力大小为 。

5．如图所示，均匀杆长1m，支于O点恰平衡，A为OB段的

中点。现将AB段折弯如图，平衡时支点离O点