变频器培训.doc

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1、第 2 章电动机变频后的带负载特性21异步电动机的机械特性2 1 1异步电动机的自然机械特性1自然机械特性图 21 异步电动机的自然机械特性a）自然机械特性 b）机械特性的含义电动机的机械特性： 描绘电磁转矩和转速之间关系的曲线。自然机械特性： 在不改变任何参数时的机械特性。理想空载点： 阻转矩和损耗转矩都等于0 时的工作点。起动点： 刚合上电源，尚未起转时的工作点。临界点： 产生最大转矩的工作点。机械特性说明的问题： 从电动机的角度看，转速降低，产生的电磁转矩将增大。2拖动系统的工作点图 22机械特性的含义之二a）拖动系统的工作点b）机械特性的含义负载的机械特性： 描绘负载的阻转矩与转速之间

2、关系的曲线（曲线）。拖动系统工作点： 电动机机械特性 （曲线）与负载机械特性 （曲线）的交点。负载增大的过程： TL TM TL nM TM TM TL在已经降低了的转速下达到新的平衡。拖动系统的观察结果：负载转矩增加，拖动系统的转速将有所下降。3机械特性的“硬”与“软”图 23机械特性的“硬”与“软”a）硬特性b）软特性硬特性： 负载变化时，转速的变化不大。软特性： 负载变化时，转速的变化较大。2 1 2异步电动机的人工机械特性1转子串联电阻的机械特性图 2 4转子串联电阻的机械特性a）转子串联电阻的电路b）机械特性特点：临界转矩不变，临界转速下降，起动转矩增大。优点：有利于起动。缺点：机械

3、特性变软。2改变电压的机械特性图 25改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性特点：临界转速不变，临界转矩减小，起动转矩减小。优点：可平滑起动。缺点：不利于起动。3改变频率的机械特性（kU=kf ）图 2 6fX fN 时的机械特性a) 变频调速b) 变频机械特性簇理想空载点： 随频率的减小而下移。临界转矩： 略有减小。机械特性硬度： 基本不变。优点：可平滑调速。缺点：低频时带负载能力略有减小。22低频时临界转矩减小的原因2 2 1有效转矩与磁通图 2 7 有效转矩与磁通（1）电磁转矩总是和负载转矩（包括损耗转矩）相平衡的。（2）电磁转矩正比于转子电流和磁通的乘积。（3）电流是不允许超过额定电

4、流的。（4）临界转矩与磁通成正比。2 2 2与磁通有关的因素2 2 3频率下降时的磁通变化（kUkf ）假设：（1）U30VI 1 I 1N（约 30 40V）（2）U 1XU1 U1XU1图 28低频时临界转矩减小的原因a）运行频率为 50Hzb）运行频率为25Hzc）运行频率为 10Hz低频时运行特点变频器的输出电压： 随频率的减小而下降。电动机的阻抗压降： 如负载不变，则阻抗压降也基本不变。反电动势： 有所减小。磁通： 有所减小。临界转矩： 有所减小。当 kUkf ，I 1I 1N 时，在不同频率下的磁通量f X（Hz）U1X（V）1X（%）f X（Hz）U1X（V）1X（%）50380

5、1002015287403049810766630228945382323增大转矩的对策之一 VF 控制方式2 3 1V F 控制的基本思想1设置转矩提升功能a）电压补偿的含义图 29电压补偿的原理b） 25Hz 时的补偿量c） 10Hz 时的补偿量转矩提升的基本思想：低频时适当补偿电压，使反电动势保持不变。2转矩提升后的Uf 线图 210转矩提升量的定义a）基本 Uf 线b）转矩提升量基本 Uf 线： kU kf 时的 Uf 线。基本频率： 与最大输出电压对应的频率。转矩提升量：UC% U C×100%U N3转矩提升存在的问题图 211负载变化（减轻）对磁通的影响a）负荷率减轻至

6、 20%b）正常时励磁电流c）饱和时励磁电流变频器的输出电压： 只和频率有关，与负载无关。阻抗压降： 负载减小时，阻抗压降也随之减小。反电动势： 负载减小时，将有所增加。磁通：负载减小时，将有所增加，甚至可使磁路饱和，励磁电流产生尖峰波。2 3 2变频器提供的U f 线1Uf 线的类型之一图 212U f 线的类型之一a）U f 线类别b）恒转矩类 Uf 线c）二次方类 Uf 线第一步：预置 Uf 线类别。第二步：预置转矩提升量。2Uf 线的类型之二图 2 13Uf 线的类型之二a）二次方类b）一次方类c）恒转矩类二次方律负载预置范围：0. 10. 9（0.9 对应于 10%）。一次方律负载预

7、置范围：1. 01. 9（1.9 对应于 10%）。恒转矩负载预置范围： 2. 020. 0（20.0 对应于 10%）。3Uf 线的类型之三图 2 14Uf 线的类型之三a）三点式 Uf 线b）多点式 Uf 线c）折线的预置第一步：作出所需Uf 线。第二步：作出近似折线。第三步：预置近似折线各拐点的坐标。4自动转矩提升图 215自动转矩提升a）自动 Uf 线b）手动提升过程c）自动提升过程手动提升特点： 提升量预置后，不同频率时的补偿量也就确定。自动提升特点： 不论频率多大，每次自动搜索的增量都相同。优点：起动转矩大。缺点：容易引起振荡。2 3 3关于预置转矩提升功能的讨论1转矩提升量的初定

8、（1）满负荷时的最大提升量为：UC%10%（2）测量负载在运行过程中的最大负荷率：max% Tmax ×100%TMN I max ×100%I MN（3）转矩提升量约为：UC%10%×max% 0.1 max%（4）根据运行情况进行调整。2提升不足图 2 16 塑料挤出机转矩提升不足： 磁通小于额定磁通，故电流大于额定电流。增大提升量： 磁通接近于额定磁通，电流接近于工频运行电流。2提升过分（1）提升过分时的I Mf （TL）曲线图 217转矩补偿后的电流转矩曲线a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线转矩提升量过大的现象负荷较重时： 磁路未饱和，转矩电流居主导地位，

9、负载轻，电流小。负荷较轻时： 磁路饱和，励磁电流居主导地位，负载越轻，电流越大。（2）提升过分的实例之一图 218转矩提升预置过分a）风机的机械特性b）Uf 线的预置针对二次方律负载： 低频运行时负荷率很低，应进行负补偿。（3）提升过分的实例之二图 2 19离心浇铸机的Uf 线选择a）离心浇铸机示意图b）机械特性c）U f 线选择40Hz 以下：浇铸机处于轻载状态，不必补偿。40Hz 以上：浇铸机虽然处于重载状态，因已接近于基本频率，也不必补偿。休息15分2 3 4关于预置基本频率的讨论1电动机额定电压不符时的处理（1）三相 220V电动机配 380V变频器图 220 220V 电动机配 38

10、0V 变频器a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系通过增大基本频率，使与50Hz 对应的电压为 220V。（2）270V、70Hz电动机配 380V变频器图 221 270V、70Hz 电动机配 380V 变频器a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系第一步：作出所需基本Uf 线 OA。第二步：延长 OA 至 B，B 点对应 380V。第三步：算出与B 点对应的基本频率。2电源电压与基本频率图 222电源电压与基本频率a）电源电压偏低b）降压节能电源电压偏低： 为了保证额定磁通和转矩，应降低基本频率。额频时降压节能： “大马拉小车”时，适当加大基本频率，可减小与50Hz 对应

11、的电压，实现降压节能。24增大转矩的对策之二矢量控制方式2 4 1矢量控制的基本思想1直流电动机的特点图 223 直流电动机的调速a）直流电动机结构示意图b）直流电动机电路c）调速后机械特性 直流电动机的特点：（ 1）有两个互相垂直的磁场。（2）两个电路互相独立。2矢量控制的基本思路图 2 24 矢量控制框图第一步：将给定信号分解成两个互相垂直的磁场信号。第二步：通过一系列等效变换，得到三相旋转磁场信号。实现：（ 1）转子磁通和主磁通互相垂直； （2）主磁通保持不变。2 4 2电动机参数的自动测量（auto-tuning）1矢量控制需要的参数图 225矢量控制所需参数a）铭牌数据b）等效电路参

12、数 铭牌数据： 额定容量、额定电压、额定电流、额定转速、效率等。等效电路参数： 定子绕组的电阻和漏磁电抗；转子等效电路的电阻和漏磁电抗，空载电流。2电动机的空载和堵转试验图 2 26电动机的空载和堵转试验a）空载试验b）堵转试验 空载试验： 电动机脱离负载并空转，测量空载电流。电动机不能脱离负载时，空载电流按40%IMN 估算。堵转试验： 电动机处于堵转状态，适当降低电压，测量短路电压和电流。功能码P901P902P903P904P9153自动测量的相关功能（1）安川 G7系列表 21自动测量相关功能（安川CIMRG7A）功能码功能含义数据码及含义T101自动测量模式0：旋转自测量； 1：静止

13、自测量T102电动机额定功率T103电动机额定电压T104电动机额定电流T105电动机额定频率T106电动机的磁极数T107电动机额定转速旋转自测量：电动机脱离负载。变频器通电，按下RUN键，先让电动机停止1 分钟，再让电动机旋转 1 分钟（转速约为额定转速的 50%80%）。按下 STOP键，中止自测量。静止自测量：电动机不脱离负载。变频器通电，按下RUN键，让电动机停止1 分钟。按下 STOP键，中止自测量。（2）V5 H系列表 22自动测量相关功能（ V5H系列）功能含义 数据码及含义电动机的磁极数电动机额定转速电动机额定功率电动机额定电流参数自整定1：静止自整定； 2：旋转自整定自整定

14、过程中，如出现过电流或过电压，可适当延长加、减速时间。变频器与电动机容量不匹配时， 应选择静止自整定。 此外，在静止自整定时，电动机的空载电流应预置为额定电流的 40%。2 4 3有反馈矢量控制和无反馈矢量控制1有反馈矢量控制接法图 227 有反馈矢量控制方式a）直接安装与接线b）过渡轴c）过渡轴套d）联接附件有反馈矢量控制： 外部有转速反馈的矢量控制。转速反馈器件： 旋转编码器，有轴型和轴套型之分。变频电动机： 选用轴套型编码器，直接套在电动机输出轴上。普通电动机： 须通过过渡轴套或过渡轴以安装编码器。联接附件： 如变频器不具备直接与编码器相接的端子， 则通过专用的联接附件与编码器相接。2相

15、关功能 （艾默生 TD3000）功能码功能码名称数据码及含义（或范围）Fb00编码器每转脉冲数09999prFb01编码器旋转方向0正方向； 1反方向Fb02编码器断线后处理方法0以自由制动方式停机；1切换为开环 VF 控制方式3无反馈矢量控制图 228无反馈矢量控制方式a）无反馈矢量控制示意图b）机械特性曲线簇无反馈矢量控制： 无外部转速反馈的矢量控制。4矢量控制方式的适用范围图 2 29不宜采用的场合a）带多台电动机b）容量差两档以上c）8 极以上d）特殊电机要点：矢量控制在进行矢量变换时， 部分变换系数是按照 4 极的配用电动机容量来设定的。因此，当电动机的磁极数和实际容量的差别较大时，

16、矢量变换将出现较大误差。25增大转矩的对策之三直接转矩控制方式2 5 1控制框图图 230 直接转矩控制框图1直接转矩控制属于脉冲调速方式。2脉冲的形成由实测转矩与基准转矩比较而得（bangbang 控制）。3以保持磁通恒定作为辅助控制。2 5 2主要优、缺点1优点（1）动态响应能力强；（2）只需一个参数（定子绕组电阻） ，初次通电就能测定。2缺点（1）转矩有脉动，低频时较显著。（2）脉冲频率较低，噪音较大。26变频调速的有效转矩线2 6 1 有效转矩线的概念1额定工作点与有效工作点图 231 额定工作点与有效工作点有效转矩： 非额定状态下，允许长时间运行的最大转矩。2U? 时的有效转矩线a）

17、 k k图 232kU k? 时的有效转矩线c）有效转矩线时的 U f 线b）有效转矩线的形成U?有效转矩线： 不同频率时有效工作点的联线。性质： 是表示允许正常工作范围的界线，不是特性曲线。2 6 2电动机变频后的有效转矩线1?X?N 的有效转矩线图 233 散热和有效转矩线的关系a）各种损失与转速的关系b）散热系数与转速的关系c）低频时的有效转矩线低频时的有效转矩取决于散热：频率低转速低散热变差。2有效转矩线的改善图 2 34有效转矩线的改善a）改善前后的有效转矩线b）外部强制冷却c）变频电动机变频电动机的主要特点：（ 1）有一个直接与电源相接的风扇，以便散热。（ 2）输出轴较长，以便安装

18、编码器。（ 3）磁路裕量较大，不易饱和，用户便于掌握。（ 4）槽绝缘加强，不易击穿。3 ?X?N 的有效转矩线最大输出电压与功率不变U1XU1N，PMPMN f X ? 比主磁通 1临界转矩 TKX图 2 35fX fN 时的机械特性和有效转矩线a）2 倍频以下 ? 线b）额频以上机械特性c）有效转矩线高频时有效转矩的恒功率性质一方面：因变频器的输出电压不可能超过额定电压，故 fX fN 时，?比减小，磁通减小，临界转矩也减小。另一方面： 频率升高转速升高因功率不能增加，故有效转矩减小。27电动机机械特性的调整2 7 1机械特性变硬（转差补偿）1转差补偿的含义图 2 36转差补偿a）运行有转差

19、b）转差的补偿转差补偿： 在给定频率不变的情况下， 负载增大时， 适当提高输出频率。2转差补偿的应用举例图 237转差补偿的应用a）额定频率时的补偿b）低频运行时的补偿额频运行时： 可使实际转速高于额定转速。很低频率时： 可使电动机很低速运行。2 7 2机械特性变软（下垂特性）1下垂特性的含义图 238下垂特性a）电动扶梯上升b）负载重，转速低下垂特性的含义： 加大转差，使机械特性变软。下垂特性的作用： 重负载时降低转速。2下垂特性的应用举例图 2 39 桥式起重机的大车大车的拖动特点： 两侧各由一台电动机拖动，由同一台变频器供电。休息15分钟28传动机构是拖动系统的组成部分2 8 1传动机构

20、及其作用传动机构的作用图 2 40传动机构的作用a）传动比为 1b）传动比为 5传动比增大时：（ 1）转速降低（ 2）转矩增大2原理 nML nMnLn根据能量守恒的原则，有：TM nMTL nL95509550TM nL 1TLnMTLTM·减速器输出轴上的转矩比电动机的输出转矩增大了 倍！图 241传动比与有效转矩（从负载侧看）a）拖动系统举例b）有效转矩线曲线负载机械特性 ；曲线 5 时，减速器输出轴的有效转矩从负载侧看拖动系统5：TM 484×52420N·m（曲线） TL（ 2258 N·m）能带动。2 8 2传动系统为啥要折算？折算的必要性图

21、 242 电动机和负载的工作点在同一个 nf（T）坐标系里：电动机轴上的数据是50,1440，工作点在 Q1。负载轴上的数据是 200,360，工作点在 Q2。将 Q1 和 Q2 变成一点的方法：所有数据都折算到同一轴上。2折算的基本原则稳态过程：折算前后，传动机构所传递的功率不变。动态过程：折算前后，旋转部分储存的动能不变。3折算公式nL nL· nM（1）转速的折算（2）转矩的折算L TLT22（3）飞轮力矩的折算 （GD LL ）GD2经减速器减速后， 电动机轴上的飞轮力矩减小了 2 倍！十分有利于电动机的起动。经减速器减速后， 相当于使电动机轴上的负载减轻了 倍！图 243传

22、动比与折算转矩（从电动机侧看）a）拖动系统举例b）有效转矩线曲线电动机额定转矩；曲线 5 时，负载的折算转矩从电动机侧看拖动系统5：TL2258÷5451. 6N·m（曲线） TMN （ 484 N·m）能带动。实例：某电动机，带重物作园周运动，如图所示。运行时，到达 A 点后电动机开始过载，到达 B 点时容易堵转，怎样解决？（上限频率为45Hz）。将传动比加大 10%，则在电动机转矩相同的情况下， 带负载能力也加大 10%。但这时的上限频率应加大为 49.5Hz。图 244 重物园周运动加大传动比的结果：使变速箱输出轴的转矩增大。或使折算到电动机轴上的负载转矩减

23、小。传动比改变后，工作频率的计算举例负载转速传动比电动机转速电动机额定转速工作频率296（不变）25921480（不变）20.441184405148050nN1500148020r/minf X pn0 X p(nXnN )606029变频拖动系统的基本规律2 9 1 变频拖动系统必须满足哪些条件？1电动机与负载的功率关系图 245 拖动系统的功率关系电动机轴上的额定输出功率必须大于负载所需功率！2电动机与负载的转矩关系图 246 拖动系统的转矩关系电动机的有效转矩必须大于负载的折算转矩！2 9 2拖动系统的重要规律与常见误区 误区一 可以甩掉减速器吗？图 247 甩掉减速器不要减速箱，把频率降低为原来的15，一样减速。错误原因电动机降速后的有效功率要随转速下降图 248 甩掉减速器a）原来数据b）甩掉减速器的数据（ 1）电动机在 10Hz 时的有效功率只有额定功率的 15！（ 2）电动机的额定转矩也远小于负载转矩。 误区二 通过加大工作频率来提高生产率，可以吗？图 249加大工作频率来提高生产率a）原工作状态b）加大工作频率频率增加 1. 2 倍，线速度也增加1. 2 倍，可提高劳动生产率？错误原因负载升速后所需功率加大图 250 加大工作频率来提高生产率a）原有数据码 b）频率加大后数据