力矩电机与变频
变频器和电机如何选择
变频器和电机如何选择1.1恒转矩负载负载转矩tl与转速n无关，任何转速下tl总保持恒定或基本恒定。
例如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。
变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。
如果需要在低速下稳速运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。
1.2恒功率负载机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。
负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。
当速度很低时，受机械强度的限制，tl不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。
负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。
电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。
如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓“匹配”的情况下，电动机的容量和变频器的容量均最小。
1.3风机、泵类负载在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的2次方成正比。
随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。
这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。
当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以大幅度地节约电能。
由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的三次方成正比，所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。
用户可以根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。
在选择变频器时因注意以下几点注意事项：选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。
另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。
因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10％而温升会增加20％左右。
收卷张力控制
收卷张力控制摘要：一：力矩电机，力矩控制器。
力矩电机是一种具有软件机械特性，和宽调速范围的特种电机。
并且以恒转矩输出。
二：变频电机，利用矢量型变频器做变频电机的转矩控制，使变频电机处于恒转矩输出。
具有速度反馈的控制方式其转矩控制的精度更高。
三：利用压力传感器，或者位置传感器来检测传动负载的张力，作为反馈信号通过PID过程控制的计算，使放卷与收卷保持相对应的速度来达到传动负载恒张力的控制。
放卷与收卷均采用变频器转速控制或者变频器PID控制。
以上三种都是收卷张力控制，在实际生产中各有优缺点，现将这三种电气控制的方法进行阐述和比较。
关键词：力矩电机，变频矢量转矩控制，过程PID控制，张力传感器。
正文：在纺织，电线电缆，金属制品加工，造纸，橡胶等行业中通常需要将产品卷绕在卷筒（铁盘，木盘）上。
卷绕的直径从始至末由小变大，为保持传动负载（被卷绕产品）张力均衡（机线速度不变）就要求卷筒的转速越越小，卷绕力越卷越大,。
产品绕卷时卷筒的直径逐渐增大（负载转矩增大）。
在整个过程中保持被卷产品的张力不变十分重要，若张力过大会将产品（如线材，纸制品）拉细或者断裂亦或者产品厚度，直径等不均匀工艺要求达不到要求。
而张力过小则可造成卷绕松弛不能保证产品的收卷。
为了使产品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盘的电机的输出力矩也要增大，同时保持卷绕的线速度不变，那么电机的转速也要逐步减小。
需要达到上述要求的控制，在实际应用中通常采用力矩电机控制，变频电机转矩控制，以及张力传感器的PID调速控制。
现将这三种控制方法在实际应用中的优缺点进行比较，并且分析这三种控制方式在使用过程中的注意点。
第一力矩电机：力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。
这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力,当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。
力矩电机的堵转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。
电机的五种启动方式比较,搞电气的都应该知道
电机的五种启动方式比较，搞电气的都应该知道1、全压直接启动在电网容量和负载两方面都允许全压直接启动的情况下，可以考虑采用全压直接启动。
优点是操纵控制方便，维护简单，而且比较经济。
主要用于小功率电动机的启动，从节约电能的角度考虑，大于11kW 的电动机不宜用此方法。
2、自耦减压启动利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载启动的需要，又能得到更大的启动转矩，是一种经常被用来启动较大容量电动机的减压启动方式。
它的最大优点是启动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，启动转矩可达直接启动时的64%。
并且可以通过抽头调节启动转矩。
至今仍被广泛应用。
3、Y-Δ启动对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在启动时将定子绕组接成星形，待启动完毕后再接成三角形，就可以降低启动电流，减轻它对电网的冲击。
这样的启动方式称为星三角减压启动，或简称为星三角启动（Y-Δ启动）。
采用星三角启动时，启动电流只是原来按三角形接法直接启动时的1/3。
如果直接启动时的启动电流以6～7Ie 计，则在星三角启动时，启动电流才2～2.3 倍。
这就是说采用星三角启动时，启动转矩也降为原来按三角形接法直接启动时的1/3。
适用于无载或者轻载启动的场合。
并且同任何别的减压启动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。
除此之外，星三角启动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。
此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。
4、软启动器这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压启动，主要用于电动机的启动控制，启动效果好但成本较高。
因使用了可控硅元件，可控硅工作时谐波干扰较大，对电网有一定的影响。
另外，电网的波动也会影响可控硅元件的导通，特别是同一电网中有多台可控硅设备时。
因此可控硅元件的故障率较高，因为涉及到电力电子技术，因此对维护技术人员的要求也较高。
5、变频器变频器是现代电动机控制领域技术含量最高，控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置，它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。
变频器、电机与负载的匹配问题
变频器、电机与负载的匹配问题概述：众所周知，变频调速具有可靠性高、调速方便、保护完善和节能约耗等诸多优点，因此在一般调速场合，变频调速已经成了绝大多数用户的第一选择。
但是，新技术也会遇到新问题，本文想就我在实际中遇到的变频器、电机与负载的匹配问题分析如下，谨供大家参考。
问题：我厂生料磨系统有一台φ2.8旋风选粉机，原主轴采用立式直流电机经皮带盘减速后驱动。
2000年由于磨机系统改造，产量增加，电机负载能力不足，将其改造成变频调速，当时选用了安川616G5 45kW变频器（恒转矩）和45kW4极立式电机，改造后变频器运行频率约14-17Hz，基本满足要求。
今年年初，因工艺要求，该电机需要提速至约20.8-24.3 Hz，但速度提升至18 Hz，变频器输出电流就达到80以上，一旦提升至19Hz，电机已经超电流，温度也明显上升，系统已经无法正常运转。
方法：一。
如何打破这一瓶颈？将原有传动系统的速比加大1.5到2倍？原有大小皮带盘直径为660、220mm，现场条件并不具备。
如何提速，有厂家将其更换成了55kw6极电机和55kw变频器，是否必要？笔者经过认真分析，提出了不同的看法。
以下是我厂相关技术参数：1、电机具体技术参数：型号：Y250M-4 45kWPe=45KW，Ue=380V，Ie=84.2A，ne=1440转/分。
2、希望电机转速提升至600-700转/分（20.8-24.3Hz）。
3、变频器运行状况：频率Hz转速转/分电流A功率kW1441460≈1117.551870-80≈1618.553280-85≈18笔者认为：即使在18.5Hz，变频器的输出功率仅为18kW左右，相关的选粉机手册说明，该电机功率与速度关系为：P=kn2.0-2.3 ，在K值一定的情况下，速度即使提升至750转/分（26.04Hz），参照计算所得功率最大也仅在36kW左右，这种情况应当是电机选择不合理所致。
根据电机的功率计算公式：P=T*n/9550二。
电机转矩、功率、转速、电压、电流之间的关系及计算公式
电机转矩、功率、转速之间的关系及计算公式电动机输出转矩：使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。
机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩。
转矩与功率及转速的关系：转矩(T)=9550*功率(P)/转速(n) 即:T=9550P/n—公式【1】由此可推导出：转矩=9550*功率/转速《＝＝＝》功率=转速*转矩/9550，即P=Tn/9550——公式【2】方程式中：P—功率的单位（kW）；n—转速的单位（r/min)；T—转矩的单位（N.m）；9550是计算系数。
电机扭矩计算公式T=9550P/n 是如何计算的呢？分析：功率=力*速度即P=F*V---————公式【3】转矩(T)=扭力(F)*作用半径(R) 推出F=T/R---——公式【4】线速度(V)=2πR*每秒转速(n秒)=2πR*每分转速(n分)/60=πR*n分/30---——公式【5】将公式【4】、【5】代入公式【3】得：P=F*V=T/R*πR*n分/30 =π/30*T*n分-----P=功率单位W，T=转矩单位N.m，n分=每分钟转速单位转/分钟如果将P的单位换成KW，那么就是如下公式：P*1000=π/30*T*n30000/π*P=T*n30000/3.1415926*P=T*n9549.297*P=T*n这就是为什么会有功率和转矩*转速之间有个9550的系数关系。
电动机转矩、转速、电压、电流之间的关系由于电功率P=电压U*电流I，即P=UI————公式【6】由于公式【2】中的功率P的单位为kw，而电压U的单位是V，电流I的单位是A，而UI乘积的单位是V.A，即w，所以将公式【6】代入到公式【2】中时，UI需要除以1000以统一单位。
则：P=Tn/9550=UI/1000————公式【7】＝＝》Tn/9.55=UI————公式【8】＝＝》T=9.55UI/n————公式【9】＝＝》U=Tn/9.55I————公式【10】＝＝》I=9.55U/Tn————公式【11】方程式【7】、【8】、【9】、【10】、【11】中：P—功率的单位（kW）；n—转速的单位（r/min)；T—转矩的单位（N.m）；U—电压的单位（V）；I—电流的单位（A）；9.55是9500÷1000之后的值。
电机的各种转矩
电机的额定转矩启动转矩堵转转矩最大转矩静转矩[转]电机的额定转矩启动转矩堵转转矩最大转矩静转矩额定转矩：在额定电压、额定负载下，电动机转轴上产生的电磁转矩称为电动机的额定转矩。
启动转矩：当给处于停止状态下的异步电动机加上电压时的瞬间，异步电动机产生的转矩称为起动转矩。
启动转矩表征了电动机的启动能力，它与启动方式有关（如星三角起动，变频调速起动等），直接起动鼠笼式一般为额定力矩的0.8到2.2倍。
通常起动转矩为额定转矩的125%以上。
与之对应的电流称为起动电流，通常该电流为额定电流的6倍左右。
对于直流电机来说，这个启动转矩特别大，所以启动电流也就很大，故而不能直接启动，当然这是对于大型直流电机而言，小型的直流电机包括永磁的都是例外。
对于交流电机来说这个转矩就不是很大了，所以电流也不是很大，可以直接启动，当然交流电机启动转矩小所以不能带载启动。
最大转矩：电动机转矩从稳定区进入不稳定区的交界点。
也就是说，如果负载转矩大于电动机的最大转矩，电动机的输出转矩会变小，并进入堵转状态。
堵转转矩：进入堵转状态后，转速为零，这时电动机能够输出的转矩为堵转转矩。
静转矩：电机通电但未转动时，定子锁住转子的力矩。
通常，最大转矩>堵转转矩>额定转矩。
最大转矩与额定转矩之比，称为电动机的过载系数。
最大转矩倍数和堵转转矩倍数确实是衡量电机性能和两个重要性能指标，但是也不是越大越好。
最大转矩倍数越大，电机也就具备了超载极限的能力，但是同时对电机的体积和用材也是个很重要的考核。
堵转转矩倍数大一些有好处，尤其是大电机一般自身的转动惯量都比较大，如果堵转转矩倍数比较大则电机起动更加迅速，转动也更自如。
但是堵转转矩倍数也不能越大越好。
两个转矩倍数越大，电机的起动电流一般情况下也会增加很多，对电网的冲击也会越大，所以一般选择电机的时候，要根据实际工况的要求，选择合适的数值保留一定裕度即可。
一般情况下堵转转矩倍数选择1.8--2.2。
电机转矩、功率、转速之间的关系和计算公式
电机转矩、功率、转速之间的关系及计算公式电动机输出转矩：使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。
机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩。
转矩与功率及转速的关系：转矩(T)=9550*功率(P)/转速(n) 即:T=9550P/n由此可推导出：转矩=9550*功率/转速《＝＝＝》功率=转速*转矩/9550方程式中：P—功率的单位（kW）；n—转速的单位（r/min)；T—转矩的单位（N.m）；9550是计算系数。
电机扭矩计算公式 T=9550P/n 是如何计算的呢？分析：功率=力*速度即 P=F*V---——--公式【1】转矩(T)=扭力(F)*作用半径(R) 推出F=T/R------公式【2】线速度(V)=2πR*每秒转速(n秒)=2πR*每分转速(n分)/60=πR*n分/30------公式【3】将公式2、3代入公式1得：P=F*V=T/R*πR*n分/30 =π/30*T*n分-----P=功率单位W， T=转矩单位N.m， n分=每分钟转速单位转/分钟如果将P的单位换成KW，那么就是如下公式：P*1000=π/30*T*n30000/π*P=T*n30000/3.1415926*P=T*n9549.297*P=T*n这就是为什么会有功率和转矩*转速之间有个9550的系数关系。
转矩的类型转矩可分为静态转矩和动态转矩。
※静态转矩静态转矩是值不随时间延长而变化或变化很小、很缓慢的转矩，包括静止转矩、恒定转矩、缓变转矩和微脉动转矩。
静止转矩的值为常数，传动轴不旋转；恒定转矩的值为常数，但传动轴以匀速旋转，如电机稳定工作时的转矩；缓变转矩的值随时间延长而缓慢变化，但在短时间内可认为转矩值是不变的；微脉动转矩的瞬时值有幅度不大的脉动变化。
※动态转矩动态转矩是值随时间延长而变化很大的转矩，包括振动转矩、过渡转矩和随机转矩三种。
振动转矩的值是周期性波动的；过渡转矩是机械从一种工况转换到另一种工况时的转矩变化过程；随机转矩是一种不确定的、变化无规律的转矩。
变频电机的工作原理
变频电机的工作原理
变频电机是一种采用变频器控制的电动机。
它的工作原理类似于普通的电动机，但是其中加入了变频器这一电子设备来控制电机的速度和功率。
变频器通过调整电机的电源频率来实现对电机转速的控制。
变频器由整流器、滤波器、逆变器以及控制电路等组成。
当电源输入变频器时，整流器将交流电转换成直流电，然后经过滤波器将直流电变为平稳的直流电源。
经过逆变器的处理，直流电源被转换成高频交流电流。
变频器通过改变逆变器的输出频率和改变电压的宽度，可以控制电机的转速和功率。
在变频器工作的过程中，控制电路通过感应电机的转速信号，根据预设的频率和压力来调整变频器的输出电压和频率，从而实现对电机的精确控制。
变频电机的控制范围相对广泛，可以灵活地适应不同的工作需要，比如在加速启动时，能够提供较大的启动转矩；在调速过程中，能够稳定地保持所需的转速；在运行过程中，能够根据负载情况调整电机的功率输出。
总的来说，变频电机利用变频器对电机的电源频率进行调整和控制，从而精确地控制电机的转速和功率。
这种电机具有灵活性高、效率高、调速范围广等优点，在工业和家庭中得到广泛应用。
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一、摘要
本文介绍了欧瑞传动有速度传感器矢量变频器替代力矩电机在塑料机械和印刷机械收卷设备上的应用方案，由于它具有宽阔的转速/转矩设定范围、运行特性更加平滑，已经越来越多地被用于塑料包装和印刷企业。
(1) 力矩电机概述
力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。
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。
(2) 力矩电机的构造原理
当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。
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，所产生的热量也大，特别在低速运行和堵转时更为严重，因此，电机在后端盖上装有独立的轴流或离心式风机（输出力矩较小100机座号及以下除外），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%。
本系列电机的特性使其适用于卷绕，开卷、堵转和调速等场合及其他用途，被广泛应用于纺织、电线电缆、金属加工、造纸、橡胶、塑料以及印刷机械等工业领域。
(3) 力矩电机主要特点
力矩电机的特点是具有软的机械特性,可以堵转.当负载转矩增大时能自动降低转速,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.但转速的调整率不好!因而在电机轴上加一测速装置,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,来自动调节电机的端电压.使电机稳定!
具有低转速、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，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度。
为取得不同性能指标，该电机有小气隙、中气隙、大气隙三种不同结构形式，小气隙结构，可以满足一般使用精度要求，优点是成本较低；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，但是制造成本偏高；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。
(4) 力矩电机应用
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末了是越卷越大，为保持被卷物张力均匀（即线速度不变），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。
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。
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。
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核心动力元件的数控回转工作台和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，传动精度和效率高等优势，已经开始在精密装备上推广使用行。
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一静止的力矩，如电缆收卷起始阶段须保持张紧；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。
5、其它
力矩电机还可根据其多种特点灵活应用，如本身具有直流串励电机特性，可部分代替直流电机使用；又如根据其转子具有高电阻特性，起动（堵转）转矩大，故可应用在启闭闸（阀）门以及阻力矩大的拖动系统中；也可利用其起动（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。
二F3000代替力矩电机的配置
1 F3000系列变频器
2 变频矢量电动机
3 旋转编码器
三变频器参数设置和接线
在实际工作使用过程中，最常用的是只使用模拟量调节来控制转矩大小，而速度极限控制使用固定值就可以了，不低于设备要求的最高工作频率。
四F3000变频器带动变频矢量电机的工作过程
F3000变频器与变频电机取代力矩电机后，其完全可以达到力矩电机的功能：
1 开机空载时，通过调节转矩控制电位器来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所设置的速度极限值。
2
当带上负载开始收卷后，收卷电机会由于加载而速度降低，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，速度保持不变继续收卷，若牵引速度加快，那么这一段膜的张力就会减少，少于电机的当前力矩，那么变频器的速度就会加快，直至一致。
反之亦然。
3
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。
五结束语
用欧瑞变频器替代力矩电机实现恒张力收放卷功能，具有优越的转矩特性，而且大大提高了设备的可靠性，克服了电机的发热情况，节约了电能，也可减小电机的故障。
所以越来越多的客户开始采用变频器来替代力矩电机实现横张力控制。