恒转矩负载是指负载转矩的幅值仅取决于负载的轻重,而与运行转速无关的一类负载。带式输送机与起重机械是工程中最常见的恒转矩负载实例,图7-7给出了带式输送机的工作示意。
图7-7 带式输送机工作示意
就带式输送机而言,其负载转矩 TL 由传输带与滚筒之间的摩擦阻力 F 及滚筒半径 r 共同决定,即
TL = Fr (7-11)
式中,F 为传输带与滚筒间的摩擦阻力,N;r 为滚筒半径,m。由于 F 与 r 均与转速快慢无关,因此在转速 nL 的调节过程中,负载转矩保持不变,体现出恒转矩特性,其机械特性曲线如图7-8a所示。
1. 恒转矩负载的基本特点
(1)恒转矩。由上述分析可知,恒转矩负载的转矩 TL = 常数。需要特别强调的是,此处所指转矩是否变化,是相对于转速变化而言的,不应与负载轻重变化引起的转矩变化相混淆。即以带式输送机为例,当传输带上物料较多时,无论转速高低,负载转矩均较大;当物料较少时,无论转速高低,负载转矩均较小。
图7-8 恒转矩负载的机械特性和功率特性
(2)负载功率与转速成正比。根据机械功率 PL、转矩 TL 与转速 nL 之间的相互关系,可得
(7-12)
即负载功率与转速成正比,其功率特性曲线如图7-8b所示。
2. 恒转矩负载下变频器的选配原则
(1)依据调速范围。当调速范围不大、对机械特性硬度要求不高时,可优先选用结构简单的 U/f 控制型变频器,或采用不带反馈的矢量控制方式;当调速范围较大时,则应选用带速度反馈的矢量控制变频器。
(2)依据负载转矩的变动范围。对转矩变动范围较小的负载,可优先采用 U/f 控制型变频器;但对转矩变动范围较大的负载,因 U/f 控制难以同时兼顾重载与轻载工况,不宜采用该控制方式。
(3)考虑负载对机械特性的要求。当负载对机械特性要求不高时,可选择结构简单的 U/f 控制变频器;当要求较高时,必须采用矢量控制。若负载对动态响应性能也有较高要求,还应选用带反馈的矢量控制方式。