[科普中国]-力矩电动机

力矩电动机是一种极数较多的特种电机，可以在电动机低速甚至堵转（即转子无法转动）时仍能持续运转，不会造成电动机的损坏。而在这种工作模式下，电动机可以提供稳定的力矩给负载（故名为力矩电动机）。力矩电动机也可以提供和运转方向相反的力矩（刹车力矩）。力矩电动机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力。

简介力矩电机包括：直流力矩电机、交流力矩电机、和无刷直流力矩电机。它广泛应用于机械制造、纺织、造纸、橡胶、塑料、金属线材和电线电缆等工业中1。

分类直流力矩一种特殊形式的直流伺服电动机。大多采用永磁励磁。其基本要求与直流伺服电动机相似。为了获得大的输出转矩和低的转速，一般作成扁平结构。

直流力矩电动机的工作原理和普通的直流伺服电动机相同，只是在结构和外形尺寸的比例上有所不同。一般直流伺服电动机为了减少其转动惯量，大部分做成细长圆柱形。而直流力矩电动机为了能在相同的体积和电枢电压下产生比较大的转矩和低的转速，一般做成圆盘状，电枢长度和直径之比一般为 0.2 左右；从结构合理性来考虑，一般做成永磁多极的。为了减少转矩和转速的波动，选取较多的槽数、换向片数和串联导体数。

总体结构型式有分装式和内装式两种，分装式结构包括定子、转子和刷架三大部件，机壳和转轴由用户根据安装方式自行选配；内装式则与一般电机相同，机壳和轴已由制造厂装配好。

交流力矩其基本要求和交流伺服电动机相同。通过增加转子电阻获得宽广的调速范围和较软的机械特性。与一般同机座号异步电动机相比，交流力矩电动机输出功率要小好几倍，堵转转矩大，堵转电流小得多。

交流力矩电动机一般采用笼式转子结构，靠增多极对数获得低的转速,主要运行在大负载、低转速状态,也可短期或长期运行在堵转状态。

交流力矩电动机的速度控制通过测速电机速度反馈和控制张力大小二种方法来实现。

70年代以来，交流力矩电动机已使用于电影胶片冲洗、轻工化纤、纺织、电缆、塑料及造纸等卷绕装置上。

结构交流力矩电动机与一般鼠笼式异步电动机的运转原理是完全相同的，但结构上有所不同，它是采用电阻率较高的材料（例如黄铜、康铜等）作转子的导条及端环。因此，力矩电动机的转子电阻比普通鼠笼式电动机的转子电阻大得多。力矩电动机的机械特性与普通鼠笼式电动机是不同的。

由于采用不同的设计参数，力矩电动机的机械特性和用途分为两类：卷绕特性的力矩电动机和恒转矩特性的力矩电动机。卷绕特性力矩电动机，实现恒张力传动，适用于生产过程中需要使产品维持恒定的张力和用恒定的线速度把产品卷绕在辊筒上的场合，例如，印染机械上，卷绕织物的辊筒，随着织物不断卷绕到辊筒上，辊筒直径逐渐增大，负载也相应增加。由力矩电动机的机械特性可见，负载增加，转速自动下降，从而维持一定的线速度和张力，实现了工艺要求。这类力矩电机常用于纺织、印染、造纸、橡胶、电线电缆等方面。

原理恒转矩特性力矩电动机，能在一般较宽的转速范围内，使转矩基本恒定，适用二转速变化时，要求恒定转矩的传动场合。例如，印染机械中，用若干辊轴传送织物时，由于织物并不卷绕在辊轴上，而只是贴在辊轴表面上靠它来传动，辊轴直径是不改变的，这种场合宜使用恒转矩特性电动机，以保证在任何速度下，转矩恒定，织物的张力恒定。

力矩电动机允许长期低速运转（甚至堵住不动），它的发热很严重，通常采用外加鼓风机强迫风冷。使用力矩电动机时应注意检查鼓风机的运行情况是否良好，其周围应有良好的通风环境，不允许有干燥易燃物。易燃粉尘或挥发性可燃油类等靠近。

由于使用情况不同，由力矩电动机带动的机械所卷绕或传递的材料种类和规格不同，需要的张力不同，要求调节力矩电动机的转矩，或要求在一定范围内变速，通常采用调节施加在力矩电动机上的电压以实现这些要求。改变力矩电动机的输入电压通常使用调压器，在要求提高机械特性硬度和调节精度的场合，也可以采用可控硅速度负反馈控制电路进行无级调速，但系统较复杂2。

应用力矩电动机还可根据其多种特点灵活应用：可部分代替直流电机使用，可应用在启闭闸（阀）门以及阻力矩大的拖动系统中，还可以使用于频繁正、反转的装置或其他类似动作的各种机械上。

调压调节使用调压器调节的形式常见的有以下几种：

1、三相平衡调节。采用三相调节器，接成星形联接，同轴控制，同时调节三相电压使之平衡，力矩电动机能在平衡状态下运行，调节范围较广，效果好，但需要使用三相调压器，不甚经济。

2、两相电压调节。用两只单相调压器作U形连接，同轴调节，例如，调节A、C两相时，调压器的滑动电刷a和c同时对称滑动，也能实现平衡调节。但采用这种方法时必须注意，U形接法的单相调压器的端电压为电源线电压，所使用的单相调压器的额定电压应适应于电源线电压的要求。生产的单相调压器的额定电压大多为220V，所以不能用于普通的三相380V电源系统，而只能用于电源电压为三相220V的系统。

3、单相调节。单相调节只使用一个单相调压器调节一相电压。

调压方法力矩电动机在不平衡状态下运行，调节性能较差，但由于设备简单，这种调节形式应用较多，常用的单相调压方法有以下两种：

1、 调压器接在两相之间。

2、 调压器接在一相和零线之间，采用单相调节时应注意，在调压器调至电压低于某一数值后，会在某一速度下出现负转矩。当电压调至0V时，整个速度范围内都将出现负转矩。如果力矩电动机所带动的是纺织品或塑料品、纸张等东西时，由于电动机此时存在一个制动力矩，会造成张力不正常。造成负转矩的原因是由于力矩电动机的特性较软3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学