大馬拉小車的節能問題

十分明顯的是，為了在最高轉速時也能帶動負載，電動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，電動機將始終處于大馬拉小車的狀態，如圖8(b)所示。

4 恒功率負載的拖動系統

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

4.1.2 電動機側的計算

電動機的額定轉矩必須能夠帶動卷徑最大時的負載轉矩，故有

電動機的額定轉速必須滿足負載的最高轉速，故有

4.1.3 解決大馬拉小車的途徑

可見，所需電動機的容量減小了一半。

如果最高頻率達到額定頻率的3 倍，則可進一步將電動機的容量減小為2.2 kW，如圖10(b)所示。

電動機如果長時間在過高頻率下工作，會引起軸承磨損及動平衡等方面的問題，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間極短，隨著半徑的迅速增大，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，其要點如下。

4.2.1 機械特性

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

在切削深度和進刀速度不變的情況下，切削力F主要與切削的線速度成正比。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。

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。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，稱為計算轉速，用nD表示。

關于計算轉速nD大小的規定因機床的種類而不同，如在老系列車床中，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。

但隨著刀具強度和切削技術的提高，計算轉速已經大為提高。近年來，在一些新系列車床中，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行的，在切削過程中，一般不進行轉速調節。這是一個很重要的特點，應該充分利用。

根據金屬切削機床停機調速的特點，傳動比可以考慮分成兩擋或多擋，使變頻調速后的有效轉矩線盡量逼近負載的機械特性曲線。以某車床為例，如圖13 所示，為了便于觀察，各軸上的轉矩和轉速都折算到負載軸上。圖13 中，曲線①是車床的機械特性;曲線②是低速段變頻調速后的有效轉矩線;曲線③是高速段變頻調速后的有效轉矩線。由圖可知，電動機的有效轉矩線與負載的機械特性曲線十分接近。這樣做的目的，是可以使拖動系統的容量盡量地接近負載實際所需的容量.

5 結語

由于歷史的原因，工業設備中的電動機所驅動的負載的功率，常常遠小于電動機本身的功率，這種大馬拉小車的現象，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，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改造以及制定新設備的設計方案的技術人員考慮。