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南京速雕机电科技有限公司

精雕模具机恒功率与横转矩主轴电机有什么区别

发布日期:2023-02-07 09:58:56   浏览量 :221
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      在目前的雕刻机与雕铣机等行业,所用到的主轴电机大体分为两种:一种就是恒转矩,另外一种就是恒功率的。但是很多人都不知道这两种到底有什么区别,该如何去选择。今天南京速雕机电科技就来带大家了解认识下。

目前昌盛牌的主轴电机基本上都是属于恒转矩的电主轴,主要应用在木工广告以及石材雕刻机等行业的。这种电机的转速大多是在24000转,理论上就是在转速范围内电主轴输出的转矩是恒定的,或者是基本上恒定的。恒功率的主轴电机主要代表为翰琪电机出品的前程牌恒功率主轴,这些主轴的特别主要表现在可以实现低速高转矩,转矩与转速成反比。主要应用在一些钻孔或者重切削等场合。有关电机的选择与购买也可以关注南京速雕机电科技或者与我们进行联系。

下面我们和理论知识上给大家再详细的介绍下恒功率与恒转矩的区别:

恒转矩负载的特点是负载转矩与转速无关,任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。应用的场合比如传送带、搅拌机,挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载。

恒功率负载的特点是比如机床主轴和轧机、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,转矩不可能无限增大,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影响,电动机在恒磁通调速时,最大容许输出转矩不变,属于恒转矩调速;而在弱磁调速时,最大容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。这一点从直流电机特性来理解更容易。

除了上述两类负载一般还有风机、泵类负载,他的特点是转矩和速度的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。

对于上面所提到的恒转矩负载来讲,调速范围一般就定义在基本频率以下(一般50HZ)。对50HZ以下的调速,一般是不能达到额定功率的。比如说起重,在达到额定功率后,继续要求速度加大,那么输出力矩就会下降,那如何加速(因为加速的话要输出力矩大于负载力矩),所以这个命题是矛盾的。在达到P/T(额定负载)的转速后,将不能继续增大转速了,否则将带不动负载。这个不同于恒功率负载,恒功率负载是转速越快,所需的负载转矩是越小。

对于恒功率负载来讲,他的调速范围会经历两个区间。在低速时,某个频率以下时,可以认为他是恒转矩调速,因为按照输出功率恒定来看,速度很低时,电机不可能输出一个无穷大的转矩,这个时候应该认为负载转矩应该是一个恒定值,即恒转矩性质,而输出功率来说也不会直接就为额定功率。而当频率加大到某个频率以上时,输出为额定功率了,那么那个时候就为恒功率调速了。

出厂设计的电机,都是按照在工频电压下(380V,50HZ)的给定下,所得到的额定转速值,如果在实际工况当中,没有达到380V,比如说只有300V,50HZ,那么这是一个欠压的情况,肯定是不能达到额定的转速值,因为按照这个电机的设计,50HZ的频率下,一定要有380V的电压来励磁,如今没有在额定电压下,没有达到应有的磁场强度,磁通偏小,那么肯定会影响速度的,不能因为60f/p这个公式来看速度的变化。又比如说在380V的40HZ的输入的情况下,根据公式E=K*F*Q,E不变,f降低了,那么Q磁通变大了,这是一种过压的情况,过大的励磁,磁通在长时间下,会使电机发热并有可能烧毁的。所以说磁通这个值不能过大,这个值是根据电机在设计的时候就决定了其承载磁通能力。通常在恒转矩调速时(50HZ以下),此时的磁通为额定磁通,也称为满磁,如果电压/频率变大,则会超过这个磁通值,造成电机发热。

下面说恒转矩调速和恒功率调速

恒转矩调速:

就是说让磁通保持一个不变的值,V/F=Q(磁通)是一个不变的值,为什么叫恒转矩调速,就是说负载的转矩是个定值,要求电机输出的转矩值也是个定值,看公式:T=K*I*Q,如今Q不变,那么电机输出转矩就和I成正比,因为Q这个值通过铭牌就可以计算出来的V(额定电压)/50HZ,所以在Q确定且不变的情况下,线圈的额定电流(不论有无负载,最大通过电流)确定的情况下,该电机能输出的最大力矩也就能够确定(也就能确定电机能带动多大转矩的恒负载),所以电机的过流能力就体现了电机的过载(转矩)能力。

在恒转矩调速下,也只需要通过变频器向电机输送经过调制的一定频率的电压(这个比是磁通,是个定值),负载的转矩也是个定值,那么N一定,T一定,输入的功率P也就定了。如果F增大,转速N增大,那么功率P也就变大了,因为转矩T是不会因为速度增大而变大的(这个也叫恒转矩负载,如传送带。恒转矩负载的特点是负载转矩与转速无关,任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。应用的场合比如传送带、搅拌机,挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载)

还有一点,额定转速这个值是电机空转时所得到的值,这个值对于的意义来说,在达到额定电压的情况下,在达到额定功率的情况下,这个值越大,输出转矩就越小,这个就是恒功率调速的一个特点。公式T=9550*P/N(额定转速)。所以在F>50HZ的情况下,(这个时候已经输出为最大功率了),在使N变大的时候,要注意T在变小,要避免T太小而小于负载转矩引起事故。在恒功率调速时,是通过减小磁通来达到减小输出转矩从而提高速度的这样的过程来调速,所以这个也叫弱磁调速。

从空载到额定负载主磁通基本不变;可以这样理解:磁路饱和;

从公式看:磁通=定子感应电动势/(4.44*f1*N1*绕组系数),由于定子阻抗Z1很小,所以定子感应电动势近似等于电源电压,当电机结构一定时,主磁通只取决于电源电压。电动机正常运行时磁路都是处在临近饱和的状态,为了得到充分利用,电机就是这样设计的。

转矩=转矩常数*磁通*转子电流有功分量

一般来说,空载时的电流是额定电流的35-45%,这个电流主要就是电动机的励磁电流,用来产生主磁通的,所以空载时电动机功率因数很低。随着带负载的增加,定子电流增加的部分主要是为了增加电动机输出转矩,以便电动机能够拖动负载,用于励磁的电流并不增加,原因如你所说:“异步电机制成之后,空载时,磁通已接近饱和”。

磁通由电流产生,这并不代表变压器的磁通取决于电流。

原因是变压器具有一次绕组和二次绕组,一次绕组除了励磁电流之外,大部分电流产生的磁通与二次绕组电流产生的磁通相互抵消。因此,变压器的磁通是由励磁电流决定的。

励磁电流正比于磁通,磁通正比于一次绕组感应电动势。

E=4.44*f*N1*Φm

Φm=E/(4.44*f*N1)

忽略绕组直流电阻,E≈U1。

Φm≈U1/(4.44*f*N1)    (1)

变压器的主磁通取决于一次电压、频率和一次绕组的匝数。

对于固定一台变压器,N1确定,通常频率也固定(如50Hz),那么,主磁通由一次电压决定。

当然也有特殊的情形,比如变频调速就有两种控制方式:U/f=C的恒转矩调速和调节励磁电流达到调整Φ的近似恒功率调速。但对于大多数情况下,为保证电动机的稳定运行,大多采用的就是恒转矩调速方式,这个原因主要是生产所用负载大多也是恒转矩负载性质决定的。

因此,在空载,轻载,额定负载,满载等情况下,各定子电流不同,但主磁通基本是不变的。

异步电机中,定子绕组通入的是交流电,就是说电流是大小不断变化的,这样产生的磁通也是大小变化的呀?那么一般说定子磁通的大小,是怎么指定的呀?

难道是各个绕组中的磁通虽然变化,但是共同作用的结果产生一个固定的磁通了?就是说,每相绕组电流在变化,磁通在变化,但是在整个电机内部形成的是一个固定值不变的磁通?该磁通为主磁通。。

回答

所谓交流电,就是大小和方向不断变化的电能。但是这里所指的恒定,指的是其有效值的恒定,不是瞬时值的恒定。定子磁通随定子电流不断瞬时变化,但其有效值是恒定的。

电压方程:U=E+I*R

输入电压=反电势+电流*电阻

反电势方程:E=Ce*n*φ

反电势=常数Ce*转速*磁通

转矩方程:T=Ct*I*φ

电磁转矩=常数Ct*电流*磁通

电动机设计好后,电阻和磁通基本是固定的

(1)前两个方程联立可得转速和电压电流的关系

第三个方程可得转矩和电压电流的关系

(2)负载转矩和转速确定时,可通过第三个方程确定电流,在通过前两个方程确定电压

磁转矩Tem=负载转矩+空载转矩(转子克服负载的转矩和空载损耗对应的转矩)

   =常数CT*主磁通*转子电流有功分量

T=9550*P/N(额定转速)

电机弱磁

1、交流电机的电压不变,频率下降时,磁场会增强直到饱和;

2、交流电机的电压不变,频率上升时,磁场会减弱;

3、原因是电机的电势平衡原理决定的,电势平衡原理可以用电势平衡方程式表示:

     U-Ir=E=CeΦf    U一定,Φ↑f ↓或者Φ↓f ↑;

4、电机的磁场Φ,决定于电压U的大小;

5、变频器在额定频率以下运行,通过频率下降电压同时下降,保证电机磁场Φ恒定;

6、变频器在额定频率以上运行,通过频率上升而电压不能上升,电机磁场Φ减弱,进入弱磁调速!

7、弱磁调速,意味着电机速度超过额定转速时,因磁场减弱额定转矩下降,就是说还要额定转矩运行,电机的电流就要增大、功率就要随着转速正比增大,电机就会发热,无法正常运行;

8、所以电机在弱磁运行时,速度高,转矩低,转速越高,转矩越小,保持额定电流不变、功率不变,电机的发热量不增大而能正常运行;

9、所以弱磁调速运行的关键是,电机所带的负载转矩必须随着速度升高反比下降,如果负载转矩不能因速度升高而反比下降,这个负载就不宜进入弱磁调速;

10、你可以检测电流,弱磁调速时,如果电流随着速度升高而保持在额定电流一下,那么电机的发热量就不大,允许运行,否则就不允许弱磁调速运行;

11、以上说的没有考虑轴承等机械强度是否允许的问题!

12、电机进入弱磁调速,最高速度或者频率,应该是电机空载运行时,电机电流保持在额定电流及其一下的最大速度或最高频率!你可以空载试验确定!

13、上述结论,是在电机轴承及其相关机械强度允许情况下!

14、如果负载需要高速运行,可以通过机械传动比来实现,不一定要电机进入弱磁调速区;

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