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1、29第2章电动机变频后的带负载特性2. 1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2.机械特性的含义a)b)c)图2 2机械特性的含义a）负载较轻b）对应的工作点c）负载较重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a）b）图2 3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2.改变电压的机械特性图2 4改变电压的机械特性 a）电路图 b）机械特性3.改变频率的机械特性图2 5fxWfN时的机械特性2 . 2 V/F控制方式1.低频时临界转矩减小的原因2=a + uiU产Ei+山i/ f工灯 Hia)b)cJ图2 7电压补偿
2、的原理a）电压补偿的含义b） 25Hz时的补偿量 c） 10Hz时的补偿量2.电压补偿（转矩补偿、转矩提升）图2 6低频时临界转矩减小的原因a）运行频率为50 Hzb）运行频率为25Hz c）运行频率为10Hz3 .负载变化的影响/= MHeGb)c)d)图2 8负载变化(减轻)对磁通的影响a)负载减轻后 b) 100%负荷率 c) 60%负荷率 d) 20%负荷率4. U/f线举例U/f线选择的功能名称转矩提升、转矩补偿、U / f比选择、U / f增益设定等。2. 3 U/f线的选择与调整2. 3. 1 基本频率的调整1 .基本频率的定义）卜）G图210基本频率的定义a）基本U/f线 b）
3、变频器的对应关系c）电动机的对应关系基本频率别称：基频、基础频率、基底频率、最大电压频率2 .调整基本频率实例（1） 220V电动机配380V变频器R U幻b）图2 11 220V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(2) 270V、70Hz电动机配380V变频器3m0一尸I 艮口a)b)图212 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取W2. 3. 2转矩提升的预置要点1.补偿后的电流一转矩曲线yj-J打HT / 一励的电流主导:转矩越流主导JgAI aa)图213转矩补专a)电压补偿线 1b)l备后的电流一
4、转矩曲线b)补偿后的电流曲线2.选择举例(1)风机的U/f线选择图214风机的U/f线a)风机的机械特性b) U/f线的选择(2)带式输送机的U/f线选择图215带式输送机的U/f线a)负载示意图b)负载机械特性 c) U/f线的选择(3)变频器从传输带上拆下接至风机的U / f线调整a)b)图2-16变频器从传输带上拆下接至风机 a)变频器接至传输带 b)变频器接至风机(4)离心浇铸机的U/f线选择b)图217离心浇铸机的U/f线选择a)离心浇铸机示意图b)机械特性 c) U/f线选择2. 4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2 .矢量控制的基本思路50. 0
5、0 MOD ALM F REVFREQ.srf-FREQ, 5：(EKTER)ifjOTp) (ruF)a) A-j&y图219矢量控制框图a）频率名定 b）控制框图2. 4. 2电动机参数的自动测量1 .矢量控制需要的参数(1)电动机的铭牌数据一一电压、电流、转速、磁极对数、效率等。(2)电动机的绕组数据一一定子电阻、定子漏磁电抗、转子等效电 阻、转子等效漏磁电抗、空载电流等。2 .自动测量的相关功能表2 1 矢量控制相关功能(艾默生 TD3000)功能码功能含义数据码及含义F1.00电动机类型选择0:异步电动机F1. 01电动机额定功率F1. 02电动机额定电压F1.03电动机额定电流F1
6、. 04电动机额定频率F1.05电动机额定转速F1.09自测定保护0:禁止测定1:允许测定F1. 10自测定进行0:无操作1:启动测定2:启动测定宏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M& e oa) E B A A 8图2- 20有反馈矢量控制方式a）有反馈矢量才5制电路图b）机械特性曲线簇2.相关功能表2 2有反馈矢量控制的相关功能（艾默生 TD3000）功能码功能码名称数据码及含义（或范围）Fb. 00编码器每转脉冲数0 9999p/rFb. 01编码器旋转方向0正方向；1反方向Fb. 02编码器断线后处理方法0一以自由制动方式停机；1一切换为开环V/F控
7、制方式3 .无反馈矢量控制a)b)图2-21无反馈矢量控制方式a)无反馈矢量才5制示意图b)机械特性曲线簇4 .矢量控制方式的适用范围(1)矢量控制只能用于一台变频器控制一台电动机的情况下。(2)电动机容量和变频器要求的配用电动机容量之间，最多只能相 差一个档次。(3)磁极数一般以2、4、6极为宜。(4)特殊电动机不能使用矢量控制功能。2. 5变频调速的有效转矩线2. 5. 1有效转矩线的概念1.额定工作点与有效工作点2. ku= k?时的有效转矩线图2 23 ku=k?时的有效转矩线a） ku= k?时的U/f线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线2. 5. 2电动机变频后的有效转矩线1. ?
8、XW?N的有效转矩线图2 24散热和有效转矩线的关系a）各种损失与车速的关系 b）散热系数与转速的关系 c）低频时的有效转矩线2.有效转矩线的改善图225有效转矩线的改善a）改善前后的有效转矩线b）改善方法2.?X?N的有效转矩线;最大输出电压与功率不变Uix=UiN, Pm Pmnfx T - U / ?比J -主磁通i J -电磁转矩Tmx J?X ?N时有效转矩的大小与转速成反比：9550Pmn 0c 11 MEX -5nMXnMX图2 26 fX fN时的机械特性和全频有效转矩线a）额定频率以上的机械特性b）全频有效转矩线2. 6拖动系统的传动机构2. 6. 1常见的传动机构图2 27
9、常见的传动机构a）连轴器 b）带轮 c）齿轮 d）减速箱 e）螺杆与螺母2. 6. 2传动系统的折算1 .传动比上nM nL 根据输能量守恒的原则，有：Tm nMnL= nMTl ”l95509550TM _ nL _ 1T LnMTl = TM ,入2.转矩与转速的折算(1)折算的必要性（,口 叫） n 4r ItoQ网 N*m 、 r/iLi二S)U1L 匚1200J5M知Nn1 , （N*m）ni图2 28电动机和负载的工作点(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1)转速的折算nL = nL nM2)转矩的
10、折算T, = Tl3)飞轮力矩的折算（GDl2）2. 6. 3调整传动比在实际工作中的应用实例1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。实例2提高下限频率某恒转矩负载，电动机容量是 22kW,额定转速为1470r/min,传动比 仁4,采用无反馈矢量控制变频调速，在 最低工作频率（4Hz）时运行不稳定，怎样解决？（满载运行频率范围 为440 Hz）计算如表2 3。表2- 3提高下限频率的计算负
11、载转速29. 4r / min294r/ min原传动比?=4电动机转速117. 6r / min 1176r/ min工作好4Hz40Hz修改传动比?=6电动机转速176 4r / min 1764r/ min工作频率6Hz60Hz实例3传动比与电动机的起动某锯片磨床，卡盘直径为2 m,传动比入=5 ;电动机的容量为3.7 kWo1 .存在问题起动较困难，升速时间太长。图2 30锯片磨床示意图2 .对策将传动比增大为 上7.5,可使折算到电动机轴上的飞轮力矩减小为 原来的44%。结果，卡盘可以在5s内起动起来。2.7变频拖动系统的基本规律2. 7. 1变频拖动系统必须满足的条件1 .电动机与
12、负载的功率关系图2 31拖动系统的功率关系2.电动机与负载的转矩关系图2 32拖动系统的转矩关系2. 7. 2拖动系统的重要规律与常见误区1 .电动机降速后的有效功率(1)规律一有效功率随转速下降(2)常见误区 甩掉减速器r7写 kM3入二5减 速黑0门井 五?石3丽r/ninLr/min484 Nm5。Hz甩掉减图2 34甩#I I I15kl/f4I ；沁犀_八为先 申阳Mid、第，296IJ / r/Jiii-tik1 丫 ？ ？ 1 J *, 484 NinRS Tuf/Ln v1 :jJdJHz /速器？聿减速器2.负载升速后的有效功率(1)规律二负载消耗功率与转速的关系a)拖动系统
13、b)低速时的负载功率c)高速时的负载功率30(2)误区1加大工作频率来提高生产率胭二 4-84- Mrri&二蜜这阳J1480r/mln班8N口i/nin充一委p S TUF nv v加大工作频率来提高生产率?ZJltWX而W Nm 355 1 r/mln1 r/min图2-36加大工作频率来提高生产率(3)误区2减小传动比来提高生产率5口Hz图2-37减小传动比来提高生产率减小传动比未提高生产率?373.电动机额定转矩与额定转速的关系（1）基本关系电动机的额定转矩与额定转速是：TMN =9550PmnnMN在Pmn相同的前提下，电动机额定转矩的大小与额定转速有关 以不同磁极对数的电动机为例，
14、如表 2 4所示。a)b)表2 4不同磁极对数电动机的额定转矩（75kW）磁极数（2p）额定转速（nMN ）额定转矩（Tmn ）22970r / min241N m41480 r / min484 N m6980 r / min731 N m（2）误区1减少磁极对数以减小体积图2-38 减少磁极对数a）原来为6极电动机 b）改变为4极电动机(2)误区2功率相符不等于带得动某排粉机，原来用三相整流子电动机，容量：160/ 53. 3kW,电流:285/ 175A,转速：1050/ 350r/min。改造为普通电动机变频调速时电动机数据：160kW, 275A, 1480 r/min。运行情况：转
15、速为1050r/min时，电动机过载，电流达316A。(1)问题的关键电动机的额定转矩不符原电动机的额定转矩是：T= 9550PMN = 9550 父160 = 1455N mnMN1050改造后电动机的额定转矩是：TMN = 95*0 = 1032N-m 1480(2)解决办法 选用6极电动机：160kW, 297A, 980 r/minTMN = 955 = 1559N.m980在1050r/ min时的工作频率：fX=50X 1050=53. 6Hz980在1050r/ min时的电动机转矩：,-50, 一53.6Tmx = 1559X 包=1454 N m2. 8变频器的选型2. 8.
16、 1变频器容量的选择1.电动机与变频器额定电流的比较表2-5电动机与变频器额定电流的比较电动机容量(k W)22. 030.037. 045.055.075. 0电动机额 定电流I MN (A)2 P = 242. 256.970. 483.9102. 7140. 12 P = 442. 556.969. 884.2102. 5139.72 P = 644. 659. 572. 085.4104. 9142.42 P = 847. 663.078. 293.2112 1152.8变频 器额 定电 流康沃45. 060.075. 091.0112 0150.0森兰45. 060.075. 091
17、.0115. 0150.0英威腾45. 060.075. 090.0110. 0150.0安邦信61. 090. 0150. 0艾默生45. 060.075. 090.0110. 0152.0三菱43.057. 0171. 086.0110. 0富士45. 060.075. 091.0112 0150.0安川G752. 065.080. 097.0128. 0165.0ABB 80055. 072. 086. 0103. 0141. 0166.0瓦萨CX48. 060.075. 0r90.0110. 0150.0丹佛士44. 061.073. 090.0106. 0147. 02.电动机工况与
18、变频器的选择 (1)电动机的温升(2)连续不变负载图2 40连续不变负载的容量选择(3)连续变动负载与断续负载写A % (加大一档)a)b)图2-41连续变动负载与断续负载的容量选择a)连续变动负载b)断续负载(4)短时负载图2 42短时负载的容量选择a)刨床的刀架与横梁b)短时负载的温升曲线a)Z5Kb)3. 一台变频器带多台电动机 (1)电路图(2)多台电动机同时起动和运行In1. 051. 1X EImn(3)多台电动机分别起动In1.051.1 1 ImnK2K1 三 I ST I SI1st一电动机的起动电流(为额定电流的 57倍)，A;2 1st一同时起动电动机的总起动电流， A
19、；K1一安全系数。如后起动电动机都从停止状态起动时，6 = 1.2;如后起动电动机有可能从自由制动状态下重新起动时，K1 = 1.52;K2变频器的过载能力，1. 5。2. 8. 2变频器的类别与选择表2- 6变频器的类别与应用变频器类别常见型号举例主要特点通用变频器普通型康沃：CVF G1、G2 森兰：SB40、SB61 安邦信：AMB -G7 英威腾：INVTG9 时代：TVF2000只有V/F控制方式，故：机械特性略“软”；调速范围较小；轻载时磁路容易饱和。高性能型康沃：CVF V1森兰：SB80英威腾：CHV 台达：VFD A、B艾默生：VT3000 富士： 5000G11S 安川：C
20、IMR-G7ABB : ACS800A-B: Power Flex 700 瓦萨：VACON NX 丹佛士： VLT5000 西门子：440具有矢量控制功能，故：机械特性“硬”； 调速范围大；不存在磁路饱和问题。 如有转速反馈，则： 机械特性很“硬”； 动态响应能力强； 调速范围很大； 可进行四象限运行。专 用 变 频 器风机水泵用康沃、富士、安川等：P系列森兰：SB12三菱：FR- A140艾默生：TD2100西门子：430只有V/F控制方式，但增加了：节能功能；和工频的切换功能； 睡眠和唤醒功能，等。起重机械用三菱：FR241EABB : ACC600电梯用艾默生：TD3100安川：VS676GL5注塑机用康沃：CVF ZS/ZC英威腾：INVT ZS5/ZS7张力控制用艾默生：TD3300三垦：SAMCOvm05