大馬拉小車(chē)的節能問(wèn)題

十分明顯的是，為了在最高轉速時(shí)也能帶動(dòng)負載，電動(dòng)機的額定轉矩必須大于負載轉矩。而在額定轉速以下運行時(shí)，電動(dòng)機將始終處于大馬拉小車(chē)的狀態(tài)，如圖8(b)所示。

4 恒功率負載的拖動(dòng)系統

4.1 卷繞機械

以某卷繞機為例：

4.1.1 負載側的計算

就是說(shuō)，在卷繞的全過(guò)程中，負載的功率是恒定的，都約等于1 kW，如圖9(c)所示。

4.1.2 電動(dòng)機側的計算

電動(dòng)機的額定轉矩必須能夠帶動(dòng)卷徑最大時(shí)的負載轉矩，故有

電動(dòng)機的額定轉速必須滿(mǎn)足負載的最高轉速，故有

4.1.3 解決大馬拉小車(chē)的途徑

可見(jiàn)，所需電動(dòng)機的容量減小了一半。

如果最高頻率達到額定頻率的3 倍，則可進(jìn)一步將電動(dòng)機的容量減小為2.2 kW，如圖10(b)所示。

電動(dòng)機如果長(cháng)時(shí)間在過(guò)高頻率下工作，會(huì )引起軸承磨損及動(dòng)平衡等方面的問(wèn)題，一般不推薦在2倍頻率以上運行。但卷繞機械在最高頻率下運行的時(shí)間極短，隨著(zhù)半徑的迅速增大，卷輥的轉速將迅速下降。所以，上述方案是可行的。

4.2 金屬切削機床

大部分金屬切削機床都屬于恒轉矩和恒功率混合的負載，其要點(diǎn)如下。

4.2.1 機械特性

以普通車(chē)床為例，負載的阻轉矩如圖11 中虛線(xiàn)框內所示，等于切削力和工件半徑的乘積

在切削深度和進(jìn)刀速度不變的情況下，切削力F主要與切削的線(xiàn)速度成正比。因此，工件的轉速越高，負載的阻轉矩也越大。

但實(shí)際上，由于受到刀具和機床床身強度的限制，要求在大部分調速范圍內，切削功率保持恒定。

因此，其機械特性具有恒功率的性質(zhì)。

但在低速段，則因為切削力F要受到限制，故其機械特性具有恒轉矩的特點(diǎn)。所以，金屬切削機床的機械特性屬于恒轉矩和恒功率相混合的特性，如圖12所示。

4.2.2 計算轉速

恒轉矩區和恒功率區的分界轉速，稱(chēng)為計算轉速，用nD表示。

關(guān)于計算轉速nD大小的規定因機床的種類(lèi)而不同，如在老系列車(chē)床中，一般規定：從最低速起，以全部轉速擋數的1/3的最高速作為計算轉速。例如，CA6140型普通車(chē)床主軸的轉速共分24擋：n1、n2、n3、……n24，則第八擋轉速(n8)為計算轉速。

但隨著(zhù)刀具強度和切削技術(shù)的提高，計算轉速已經(jīng)大為提高。近年來(lái)，在一些新系列車(chē)床中，已逐漸提高為以最高轉速的(1/4～1/2)作為計算轉速

4.2.3 調速特點(diǎn)與減容方法

金屬切削機床的轉速調節，通常是在停機情況下進(jìn)行的，在切削過(guò)程中，一般不進(jìn)行轉速調節。這是一個(gè)很重要的特點(diǎn)，應該充分利用。

根據金屬切削機床停機調速的特點(diǎn)，傳動(dòng)比可以考慮分成兩擋或多擋，使變頻調速后的有效轉矩線(xiàn)盡量逼近負載的機械特性曲線(xiàn)。以某車(chē)床為例，如圖13 所示，為了便于觀(guān)察，各軸上的轉矩和轉速都折算到負載軸上。圖13 中，曲線(xiàn)①是車(chē)床的機械特性;曲線(xiàn)②是低速段變頻調速后的有效轉矩線(xiàn);曲線(xiàn)③是高速段變頻調速后的有效轉矩線(xiàn)。由圖可知，電動(dòng)機的有效轉矩線(xiàn)與負載的機械特性曲線(xiàn)十分接近。這樣做的目的，是可以使拖動(dòng)系統的容量盡量地接近負載實(shí)際所需的容量.

5 結語(yǔ)

由于歷史的原因，工業(yè)設備中的電動(dòng)機所驅動(dòng)的負載的功率，常常遠小于電動(dòng)機本身的功率，這種大馬拉小車(chē)的現象，浪費了設備資源，也浪費了寶貴的電力。本文分析了這種不匹配現象的本質(zhì)，針對不同的負載特性，提出了不同的解決方法，值得從事設備的節能技術(shù)改造以及制定新設備的設計方案的技術(shù)人員考慮。