| 微特電機(jī)的選用第十一講 直流力矩電動機(jī)的選用
宋立偉 宋凌鋒 張千帆(哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001)
1概述
直流力矩電動機(jī)是一種能夠長期處于起 動（堵轉(zhuǎn)）狀態(tài)下工作的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行元件，是由伺服電動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)結(jié)合起來發(fā)展而成的特殊電機(jī)。力矩電動機(jī)可以不經(jīng)過齒輪減速而直接驅(qū)動負(fù)載，這樣不僅可以省去復(fù)雜的減速機(jī)構(gòu)，同時還能夠消除齒輪間隙引起的誤差，因此，力矩電動機(jī)除了具有反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動小、能在很低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線性度好等優(yōu)點(diǎn)之外，還具有精度高的特點(diǎn)。
2工作原理
直流力矩電動機(jī)與普通直流伺服電動機(jī)的工作原理相同，不同點(diǎn)在于，普通直流伺服電動機(jī)為了減小轉(zhuǎn)子的慣量，大多具有細(xì)長的外形；而直流力矩電動機(jī)為了有大力矩、低轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，通常做成扁平形狀，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
通過圖2所示的簡單模型，能夠說明直流力矩電動機(jī)的外形尺寸變化對轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的影響。圖2a的電磁轉(zhuǎn)矩為：
假設(shè)兩種情況下的電流一樣，則導(dǎo)體直徑也一樣，因圖2b電樞鐵心的截面積為圖2a的4倍，故其電樞總導(dǎo)體數(shù)也近似為圖2a的4倍，這樣，就可以得到圖2b的電磁轉(zhuǎn)矩為：
所以，在體積、氣隙平均磁密、導(dǎo)體中的電流都相同的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩與直徑成正比，故直流力矩電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大。
另外，由于電樞的感應(yīng)電勢為：
在理想空載時，電機(jī)的電樞電壓U。和反電勢E。相等，可得：
由于當(dāng)電樞體積和導(dǎo)體直徑不變時，Nl近似不變，所以在相同電壓和氣隙平均磁密時，理想空載轉(zhuǎn)速與電樞直徑成反比，故直流力矩電動機(jī)的轉(zhuǎn)速低。
3產(chǎn)品的選擇
3.1結(jié)構(gòu)型式的選擇
直流力矩電動機(jī)的總體結(jié)構(gòu)型式有分裝式和內(nèi)裝式兩種。分裝式結(jié)構(gòu)包括未組裝的定子、轉(zhuǎn)子和電刷架三部分，機(jī)殼和轉(zhuǎn)軸由用戶根據(jù)安裝方式自行選配；內(nèi)裝式則與普通電機(jī)相同。用戶在使用直流力矩電動機(jī)時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，首先確定總體結(jié)構(gòu)型式。
3.2主要技術(shù)指標(biāo)的選擇
3.2.1連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩L
連續(xù)蝠轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T。是指電機(jī)在長期堵轉(zhuǎn)運(yùn)行時，在規(guī)定的環(huán)境溫度下，電機(jī)的穩(wěn)定溫升不超過允許值時所能輸出的****轉(zhuǎn)矩。這時的電流叫作連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流I。與之相對應(yīng)的還有連續(xù)堵轉(zhuǎn)電壓和連續(xù)堵轉(zhuǎn)功率。
3.2.2峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩了
由于永磁直流力矩電動機(jī)。電樞電流對磁鋼有去磁作用，因此對電樞電流要有一定的限制，否則，永磁體會產(chǎn)生不可逆去磁，使電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩下降。永磁直流力矩電動機(jī)受定子永磁體去磁限制的允許****電樞電流及與之對應(yīng)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、電樞電壓和輸入功率分別稱為峰值堵轉(zhuǎn)咆流I、峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tm、峰值堵轉(zhuǎn)電壓和峰值堵轉(zhuǎn)功率。
3.2.3轉(zhuǎn)矩靈敏度Kr
直流力矩電動機(jī)輸出特性具有很高的線性度，其輸出轉(zhuǎn)矩和電樞電流成正比，兩者的比值稱為轉(zhuǎn)矩的靈敏度KT，它與峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、峰值堵轉(zhuǎn)電流以及連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流的關(guān)系為：
3.2.4****空載轉(zhuǎn)速
直流力矩電動機(jī)的****空載轉(zhuǎn)速是指電樞電壓為峰值堵轉(zhuǎn)電壓時，電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速。
4 主要應(yīng)用場合
由于直流力矩電動機(jī)具有精度高、反應(yīng)速度快、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線性度好、硬度大以及能在堵轉(zhuǎn)和低速下運(yùn)行的特點(diǎn)，使得它在低速、力矩調(diào)節(jié)、力矩反饋和需要保持一定張力的隨動系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如X-Y記錄儀、雷達(dá)天線、衛(wèi)星天線、潛艇定向儀和天文望遠(yuǎn)鏡的驅(qū)動等。
5使用中注意事項(xiàng)
(1)對于直流力矩電動機(jī)，連續(xù)堵轉(zhuǎn)參數(shù)和峰值堵轉(zhuǎn)參數(shù)是其主要的參數(shù)，使用時應(yīng)注意，連續(xù)堵轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)是對應(yīng)長期堵轉(zhuǎn)運(yùn)行的指標(biāo)，峰值堵轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)是對應(yīng)短期運(yùn)行的指標(biāo)。在長期堵轉(zhuǎn)的情況下，電樞電流不得超過連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流，以免電機(jī)溫升過高，縮短電機(jī)使用壽命；而且在使用過程中，電樞電流不得超過峰值堵轉(zhuǎn)電流，以防止永磁體產(chǎn)生不可逆去磁，使電機(jī)的性能指標(biāo)下降。
(2)在對直沆力矩電動機(jī)進(jìn)行拆裝時，應(yīng)特別注意用磁路環(huán)將定子磁路短路，也就是說，拆裝時，在取出轉(zhuǎn)子前，應(yīng)先用磁路環(huán)將定子封��；在組裝時，先將轉(zhuǎn)子裝進(jìn)后，再將磁路環(huán)取下，這樣可以防止永磁體自然退磁。
(3)當(dāng)直流力矩電動機(jī)的控制電壓不是恒定的直流時，就會在電樞電流中產(chǎn)生交變分量，從而產(chǎn)生磁場，并通過電機(jī)轉(zhuǎn)軸傳送到與電機(jī)同軸連接的測量元件（如旋轉(zhuǎn)變壓器）而形成磁干擾，因此在使用時應(yīng)采用非磁性聯(lián)軸器。
宋立偉：男，1970年10月出生，講師，主要從事電機(jī)本體及機(jī)電一體化的研究。
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