交流變頻調(diào)速技術(shù)6

1、交流變頻調(diào)速技術(shù)交流變頻調(diào)速技術(shù)第五章第五章 變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)建變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)建5-5-1 1 變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的組成變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的組成（1 1）分析負(fù)載特性是恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、風(fēng)機(jī)泵類等。）分析負(fù)載特性是恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、風(fēng)機(jī)泵類等。（2 2）選擇電動(dòng)機(jī)的類型、功率、極對數(shù)等。）選擇電動(dòng)機(jī)的類型、功率、極對數(shù)等。（3 3）選擇變頻器的類型、容量、型號等。）選擇變頻器的類型、容量、型號等。（4 4）選定外圍輔助設(shè)備）選定外圍輔助設(shè)備- -斷路器、接觸器、電抗器等。斷路器、接觸器、電抗器等。（5 5）選定控制方式調(diào)節(jié)控制器，或外部給定、內(nèi)部給定等。）選定控制方式調(diào)節(jié)控制器，或外部給定、

2、內(nèi)部給定等。（6 6）選定傳感器、變送器，量程、安裝位置等。）選定傳感器、變送器，量程、安裝位置等。（7 7）決定電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的傳動(dòng)比。）決定電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間的傳動(dòng)比。（8 8）控制柜尺寸、導(dǎo)線截面規(guī)格，接線圖設(shè)計(jì)。）控制柜尺寸、導(dǎo)線截面規(guī)格，接線圖設(shè)計(jì)。負(fù)載特性分析傳感器變頻器選擇輔助配件選擇過程分析傳感器選擇控制方式選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)購設(shè)備控制柜制造接受任務(wù)變頻器輔助配件調(diào)節(jié)控制器電源交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用過程內(nèi)部設(shè)給定外部設(shè)給定控制器設(shè)給定負(fù)載變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程電動(dòng)機(jī)選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選擇：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選擇：5-2 5-2 構(gòu)建變頻調(diào)速拖動(dòng)系

3、統(tǒng)的基本要求構(gòu)建變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 一一. .在機(jī)械特性方面的要求在機(jī)械特性方面的要求1.對調(diào)速范圍的要求：對調(diào)速范圍的要求： 式中：式中：n nLmaxLmax為負(fù)載最高轉(zhuǎn)速為負(fù)載最高轉(zhuǎn)速 n nLminLmin為為負(fù)載最低轉(zhuǎn)速。負(fù)載最低轉(zhuǎn)速。 一般變頻器的調(diào)速范圍一般變頻器的調(diào)速范圍D1D1，或者頻率在，或者頻率在200200400400H HZ Z之間，可以滿足。之間，可以滿足。 minmaxLLnnD 2.對機(jī)械特性對機(jī)械特性“硬硬”度的要求：變頻調(diào)速可比直流電動(dòng)機(jī)的特性，在穩(wěn)定度的要求：變頻調(diào)速可比直流電動(dòng)機(jī)的特性，在穩(wěn)定 運(yùn)行的大部分調(diào)速區(qū)是平行的運(yùn)行的大部分調(diào)速區(qū)是平行的

4、“硬硬”特性，一般用特性，一般用V/fV/f控制方式已能滿控制方式已能滿 足，但是在低頻階段特性稍軟，有些負(fù)載在低頻時(shí)也要求足，但是在低頻階段特性稍軟，有些負(fù)載在低頻時(shí)也要求“硬硬”特性恒特性恒 轉(zhuǎn)矩，那就有必要采用轉(zhuǎn)矩，那就有必要采用帶有反饋的矢量控制方式變頻器帶有反饋的矢量控制方式變頻器。3.對升降速過程及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求：對升降速過程及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求：（1 1）負(fù)載對啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求負(fù)載對啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求 靜態(tài)時(shí)摩擦阻力大的升降負(fù)載（如起重機(jī)吊靜態(tài)時(shí)摩擦阻力大的升降負(fù)載（如起重機(jī)吊 升）計(jì)算容量時(shí)要充分考慮到。升）計(jì)算容量時(shí)要充分考慮到。（2 2）負(fù)載對制動(dòng)過程的要求負(fù)載對制動(dòng)過程的要求 按照

5、對制動(dòng)時(shí)間的要求，計(jì)算和配置制動(dòng)電按照對制動(dòng)時(shí)間的要求，計(jì)算和配置制動(dòng)電 阻；阻；對于長時(shí)間處于制動(dòng)再生發(fā)電狀態(tài)，如對于長時(shí)間處于制動(dòng)再生發(fā)電狀態(tài)，如 起重機(jī)，起重機(jī)， 特別是抽油機(jī)之類負(fù)載，要考慮電能反饋問題。特別是抽油機(jī)之類負(fù)載，要考慮電能反饋問題。4.4.對動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求：對動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求：負(fù)載對轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程要求高，必須加速度閉環(huán)控負(fù)載對轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程要求高，必須加速度閉環(huán)控 二二.在運(yùn)行可靠性方面的要求在運(yùn)行可靠性方面的要求1.1.對于過載能力的要求：對于過載能力的要求： 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)和和變頻器變頻器的容量都有的容量都有過載能力過載能力，但是不是一個(gè)數(shù)量等級，電動(dòng)，但是不是一個(gè)數(shù)

6、量等級，電動(dòng) 機(jī)主要是溫升不能超過額定溫度，短時(shí)間過載較小電機(jī)是允許在機(jī)主要是溫升不能超過額定溫度，短時(shí)間過載較小電機(jī)是允許在幾分鐘幾分鐘 內(nèi)，大電機(jī)則可能達(dá)到內(nèi)，大電機(jī)則可能達(dá)到幾十分鐘幾十分鐘甚至甚至幾小時(shí)幾小時(shí)，而變頻器的過載能力，主要，而變頻器的過載能力，主要 考慮啟動(dòng)，一般允許在考慮啟動(dòng)，一般允許在1 1分鐘內(nèi)分鐘內(nèi)，因此，若電動(dòng)機(jī)，因此，若電動(dòng)機(jī)工作在較長時(shí)間過載工作在較長時(shí)間過載的的 負(fù)載，應(yīng)該考慮負(fù)載，應(yīng)該考慮加大變頻器容量加大變頻器容量。2.2.對環(huán)境和壽命的要求對環(huán)境和壽命的要求（1 1）高溫和潮濕等惡劣環(huán)境對電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量）高溫和潮濕等惡劣環(huán)境對電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量

7、 和壽命都有影響。和壽命都有影響。 （2）電纜長短、電機(jī)噪聲和對周邊設(shè)備電磁兼容的要）電纜長短、電機(jī)噪聲和對周邊設(shè)備電磁兼容的要 求，使得在輔助配件時(shí)加以考慮。求，使得在輔助配件時(shí)加以考慮。 （3）避免機(jī)械諧振問題，低速、低頻時(shí)，次聲波危害）避免機(jī)械諧振問題，低速、低頻時(shí)，次聲波危害 問題。問題。 （4）高速（超過額定轉(zhuǎn)速）時(shí)，機(jī)械振動(dòng)以及各部分）高速（超過額定轉(zhuǎn)速）時(shí)，機(jī)械振動(dòng)以及各部分 軸承磨損問題等。軸承磨損問題等。5-2 構(gòu)建變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的基本要求構(gòu)建變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的基本要求n5-3 5-3 變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線一一. .有效轉(zhuǎn)矩線的概念有效轉(zhuǎn)

8、矩線的概念定義：定義：電動(dòng)機(jī)在某一頻率下允許連續(xù)運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)矩，稱為：電動(dòng)機(jī)在某一頻率下允許連續(xù)運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)矩，稱為：有效轉(zhuǎn)矩有效轉(zhuǎn)矩。 電動(dòng)機(jī)在不同的頻率下工作對應(yīng)不同的機(jī)械特性曲線，把各機(jī)械特電動(dòng)機(jī)在不同的頻率下工作對應(yīng)不同的機(jī)械特性曲線，把各機(jī)械特 性曲線中的有效轉(zhuǎn)矩點(diǎn)連在一起，就叫作電動(dòng)機(jī)的性曲線中的有效轉(zhuǎn)矩點(diǎn)連在一起，就叫作電動(dòng)機(jī)的“有效轉(zhuǎn)矩線有效轉(zhuǎn)矩線”n0Tn0Tn0二二. .額定轉(zhuǎn)速（頻率）以下的有效轉(zhuǎn)矩線額定轉(zhuǎn)速（頻率）以下的有效轉(zhuǎn)矩線 變頻器在低轉(zhuǎn)速（低頻率）時(shí)，轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償（由變頻器在低轉(zhuǎn)速（低頻率）時(shí)，轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償（由于磁通輕載飽和于磁通輕載飽和,補(bǔ)償是受限制的）要滿足電動(dòng)

9、機(jī)的補(bǔ)償是受限制的）要滿足電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩線，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇低速影響散熱，實(shí)際有效轉(zhuǎn)矩線，低速時(shí)電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇低速影響散熱，實(shí)際有效轉(zhuǎn)矩線下降，因此要求低轉(zhuǎn)速時(shí)變頻器基本是恒轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩線下降，因此要求低轉(zhuǎn)速時(shí)變頻器基本是恒轉(zhuǎn)矩。 Tn0電動(dòng)機(jī)最大電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩隨升速轉(zhuǎn)矩隨升速而變小，而變小，由由 可知可知 即即三三. .額定轉(zhuǎn)速（頻率）以上的有效轉(zhuǎn)矩線額定轉(zhuǎn)速（頻率）以上的有效轉(zhuǎn)矩線弱磁升速后，弱磁升速后，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性如圖：電流性如圖：電流不變，臨界轉(zhuǎn)不變，臨界轉(zhuǎn)矩小，恒功率矩小，恒功率特性。特性。電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩線提供給我們的意義是：電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩線提供給我們的意義是： 在我們選擇變頻

10、器類型及容量時(shí)，基本要求是變頻器輸出在我們選擇變頻器類型及容量時(shí)，基本要求是變頻器輸出給電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，必須在全頻率范圍內(nèi)覆蓋電動(dòng)機(jī)有效給電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，必須在全頻率范圍內(nèi)覆蓋電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩線，才能有效的按負(fù)載對轉(zhuǎn)矩要求拖動(dòng)起來。轉(zhuǎn)矩線，才能有效的按負(fù)載對轉(zhuǎn)矩要求拖動(dòng)起來。NNxnPT9550XNNTnP95505-3 5-3 變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩線n0n0n0n0TTNxnT1弱磁升速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性弱磁升速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩線反比于轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩線反比于轉(zhuǎn)速恒功率特點(diǎn)恒功率特點(diǎn)自然特性以下是恒轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)自然特性以下是恒轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)05010010050f /HZ

11、/(%)/(%)T T 的相對值的相對值 全頻率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩線全頻率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩線恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特性5-4 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建一一. .恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的類型特點(diǎn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的類型特點(diǎn) 類似于擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、帶式傳送機(jī)、橋式起重機(jī)、精軋鋼機(jī)等凡是負(fù)載類似于擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、帶式傳送機(jī)、橋式起重機(jī)、精軋鋼機(jī)等凡是負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩近似為恒量，其負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載機(jī)械，我們都稱為阻轉(zhuǎn)矩近似為恒量，其負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載機(jī)械，我們都稱為恒轉(zhuǎn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載矩負(fù)載，顯然需要，顯然需要“硬硬”特性。構(gòu)建這類負(fù)載拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，必須注意特性。構(gòu)建這類負(fù)載拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，必須注

12、意工作頻工作頻率范圍、率范圍、調(diào)速范圍、調(diào)速范圍、動(dòng)態(tài)變化范圍控制精度動(dòng)態(tài)變化范圍控制精度等來選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器。等來選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器。1.1.最低工作頻率最低工作頻率 負(fù)載率負(fù)載率（負(fù)荷率）（負(fù)荷率）的定義：的定義：折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L 與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩T TN N的比值的比值二二. .工作頻率范圍的選擇工作頻率范圍的選擇NLTT 控制模式 最低工作頻率 （HZ) 允許負(fù)載率 無外部通風(fēng) 有外部通風(fēng) 有反饋矢量控制 0.1 75 100 有反饋矢量控制 5 80 100 V/f控制 1 50 55不同控制模式的最低工作頻率表不同控

13、制模式的最低工作頻率表2.2.最高工作頻率最高工作頻率 當(dāng)當(dāng)f fx x f fN 時(shí)，其有效轉(zhuǎn)矩線是恒功率時(shí)，其有效轉(zhuǎn)矩線是恒功率的特點(diǎn)，變頻調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載率的特點(diǎn)，變頻調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載率為為 1.1.調(diào)速范圍與負(fù)載率的關(guān)系調(diào)速范圍與負(fù)載率的關(guān)系負(fù)載率越低，允許的調(diào)速范圍越大負(fù)載率越低，允許的調(diào)速范圍越大式中式中K Kf f = = f fmax max / /f fN N （取取f fX X =f=fmax) )也就是說，允許的負(fù)載率和最高頻率的大小成反比也就是說，允許的負(fù)載率和最高頻率的大小成反比. . fXNXNNLKffnnTT15-4 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系

14、統(tǒng)的構(gòu)建三三. .調(diào)速范圍與傳動(dòng)比調(diào)速范圍與傳動(dòng)比 負(fù)載率（%） 最高頻率/（HZ) 最低頻率/（HZ) 調(diào)速范圍（倍） 100 50 20 2.5 90 56 15 3.7 80 62 11 5.6 70 70 6 11.6 60 78 6 13.02.2.負(fù)載率與傳動(dòng)比的關(guān)系負(fù)載率與傳動(dòng)比的關(guān)系負(fù)載率越小，傳動(dòng)比負(fù)載率越小，傳動(dòng)比越大越大因?yàn)橐驗(yàn)榇?，折大，折算值小，電?dòng)算值小，電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載率機(jī)軸上負(fù)載率就小。就小。 從上述表中可看到負(fù)載率從上述表中可看到負(fù)載率100%100%時(shí)，調(diào)速范圍僅時(shí)，調(diào)速范圍僅2.52.5；另外傳動(dòng)比；另外傳動(dòng)比大大，調(diào)速范圍可，調(diào)速范圍可大大，所以當(dāng)調(diào)速范圍不

15、能滿足負(fù)載要求時(shí)，可以考慮，所以當(dāng)調(diào)速范圍不能滿足負(fù)載要求時(shí)，可以考慮增大傳動(dòng)比來怎大調(diào)速范圍。增大傳動(dòng)比來怎大調(diào)速范圍。3.3.調(diào)速范圍與傳動(dòng)比的關(guān)系調(diào)速范圍與傳動(dòng)比的關(guān)系負(fù)載率越小，傳動(dòng)比負(fù)載率越小，傳動(dòng)比越大，調(diào)速范圍越大。越大，調(diào)速范圍越大。4.4.傳動(dòng)比的選擇傳動(dòng)比的選擇( (略）略）見教材見教材P P9090例題例題5-4 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建四四. .電動(dòng)機(jī)和變頻器選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器選擇1.1.電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇 參考原則：參考原則： 如果屬于舊設(shè)備改造，則盡量不改變原有電動(dòng)機(jī)。如果屬于舊設(shè)備改造，則盡量不改變原有電動(dòng)機(jī)。 設(shè)計(jì)新設(shè)備首先

16、選擇可以變頻調(diào)速的電動(dòng)機(jī)（沒有特殊要求一般異步鼠籠電動(dòng)設(shè)計(jì)新設(shè)備首先選擇可以變頻調(diào)速的電動(dòng)機(jī)（沒有特殊要求一般異步鼠籠電動(dòng) 機(jī)都可以）。機(jī)都可以）。 從負(fù)載側(cè)折算轉(zhuǎn)矩功率或阻力矩（從負(fù)載側(cè)折算轉(zhuǎn)矩功率或阻力矩（電機(jī)與拖動(dòng)課中講過電機(jī)與拖動(dòng)課中講過）。同時(shí)看負(fù)載所需速）。同時(shí)看負(fù)載所需速 度范圍，若最低轉(zhuǎn)速極小度范圍，若最低轉(zhuǎn)速極小( (幾幾幾十幾十r/min)r/min)，考慮用大的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，可以，考慮用大的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，可以 大大降低電動(dòng)機(jī)容量，若負(fù)載功率不大，在大大降低電動(dòng)機(jī)容量，若負(fù)載功率不大，在50KW50KW以下，可以考慮同量級的電動(dòng)以下，可以考慮同量級的電動(dòng) 機(jī)。如果計(jì)算傳

17、動(dòng)比增大后，電動(dòng)機(jī)頻率過大，則需增大電動(dòng)機(jī)容量。機(jī)。如果計(jì)算傳動(dòng)比增大后，電動(dòng)機(jī)頻率過大，則需增大電動(dòng)機(jī)容量。 看需要調(diào)速的最大轉(zhuǎn)速來選電動(dòng)機(jī)極對看需要調(diào)速的最大轉(zhuǎn)速來選電動(dòng)機(jī)極對p p, ,30003000r/minr/minn nmaxmax10001000r/minr/min盡可能盡可能 考慮采用考慮采用p p=2 =2 ；若若500r/min500r/min n nmaxmax 10001000r/minr/min考慮采用考慮采用p=4p=4； 盡量采用盡量采用f fN N = =工頻工頻50Hz 50Hz 即使采用即使采用p=1p=1 通常通常 f fx x 1.2 1.2f fN

18、N2.2.變頻器及其控制方式選擇變頻器及其控制方式選擇（1 1）容量選擇（第四章已介紹）容量選擇（第四章已介紹 略）略）（2 2）變頻器類型及控制方式選擇）變頻器類型及控制方式選擇在在調(diào)速范圍不大調(diào)速范圍不大的情況下（最低轉(zhuǎn)速相對較高），可以的情況下（最低轉(zhuǎn)速相對較高），可以 考慮考慮較為簡單的較為簡單的V/fV/f通用變頻器或無轉(zhuǎn)速反饋的矢量控通用變頻器或無轉(zhuǎn)速反饋的矢量控 制方式。制方式。當(dāng)調(diào)速范圍較大時(shí)應(yīng)考慮當(dāng)調(diào)速范圍較大時(shí)應(yīng)考慮帶轉(zhuǎn)速反饋的矢量控帶轉(zhuǎn)速反饋的矢量控 制方式。制方式。 負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩線變動(dòng)不大轉(zhuǎn)矩線變動(dòng)不大的機(jī)械負(fù)載，可首先考慮能的機(jī)械負(fù)載，可首先考慮能滿足有滿足有 效轉(zhuǎn)矩

19、線的效轉(zhuǎn)矩線的V/fV/f通用變頻器通用變頻器。但是對于相對轉(zhuǎn)矩線變動(dòng)。但是對于相對轉(zhuǎn)矩線變動(dòng) 范圍較大的負(fù)載，由于范圍較大的負(fù)載，由于V/fV/f線不能滿足重載與輕載的要線不能滿足重載與輕載的要 求，故不宜采用求，故不宜采用V/fV/f控制方式控制方式。（用負(fù)載轉(zhuǎn)矩線彎曲說明（用負(fù)載轉(zhuǎn)矩線彎曲說明“恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩”為何變動(dòng)）為何變動(dòng)）5-4 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建 負(fù)載對機(jī)械和動(dòng)態(tài)特性要求不高，可考慮負(fù)載對機(jī)械和動(dòng)態(tài)特性要求不高，可考慮較為簡單的較為簡單的 V/f通用變頻器通用變頻器。但是對于要求高的場合則必須采用。但是對于要求高的場合則必須采用矢量矢量 控制

20、甚至待反饋的矢量控制方式。（雙閉環(huán)、三閉環(huán)）控制甚至待反饋的矢量控制方式。（雙閉環(huán)、三閉環(huán)） 類似于卷取機(jī)和一般的機(jī)床主軸等凡是在不同轉(zhuǎn)矩下類似于卷取機(jī)和一般的機(jī)床主軸等凡是在不同轉(zhuǎn)矩下功率恒定功率恒定，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)速成反比大小與轉(zhuǎn)速成反比的負(fù)載，稱為的負(fù)載，稱為恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載。 在構(gòu)建恒功率負(fù)載變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，如果沿用恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載所選電機(jī)，可能在構(gòu)建恒功率負(fù)載變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，如果沿用恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載所選電機(jī)，可能是是“大馬拉小車大馬拉小車”有一定頻率富?？臻g。由轉(zhuǎn)矩線的確定，我們知道無論直流電動(dòng)有一定頻率富裕空間。由轉(zhuǎn)矩線的確定，我們知道無論直流電動(dòng)機(jī)還是交流異步電動(dòng)機(jī)在恒磁通時(shí)最

21、大輸出轉(zhuǎn)矩不變，額定頻率下是恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，機(jī)還是交流異步電動(dòng)機(jī)在恒磁通時(shí)最大輸出轉(zhuǎn)矩不變，額定頻率下是恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，若在額定轉(zhuǎn)矩以上采用弱磁調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，屬于恒功率若在額定轉(zhuǎn)矩以上采用弱磁調(diào)速時(shí)，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，屬于恒功率特性，特性，如果電動(dòng)機(jī)的低頻恒轉(zhuǎn)矩和高頻恒功率調(diào)速與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率特性范如果電動(dòng)機(jī)的低頻恒轉(zhuǎn)矩和高頻恒功率調(diào)速與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率特性范圍一致圍一致，即所謂，即所謂“匹配匹配”那么電動(dòng)機(jī)容量和變頻器容量可以選得很?。]有富裕浪那么電動(dòng)機(jī)容量和變頻器容量可以選得很?。]有富裕浪費(fèi)）。費(fèi)）。5-5 恒功率負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建恒功率負(fù)

22、載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建一一. .恒功率負(fù)載的類型特點(diǎn)恒功率負(fù)載的類型特點(diǎn)二二. .恒功率負(fù)載構(gòu)建的特殊問題恒功率負(fù)載構(gòu)建的特殊問題電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的“匹配匹配” 如限制如限制f fx x f fN N 內(nèi)，內(nèi)，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，考慮傳動(dòng)過程中最大轉(zhuǎn)速的需要，所需電在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，考慮傳動(dòng)過程中最大轉(zhuǎn)速的需要，所需電動(dòng)機(jī)容量：動(dòng)機(jī)容量： 而恒功率負(fù)載實(shí)際所需功率為：而恒功率負(fù)載實(shí)際所需功率為： 兩者之比：兩者之比：maxmax9550lLNnpPminmin9550lLLnpP minmaxLLLNLnnPPP這個(gè)對比告訴我們工作在恒功率區(qū)時(shí)，要浪費(fèi)這個(gè)對比告訴我們工作在恒功率區(qū)時(shí)，要浪費(fèi)

23、倍功率。倍功率。1.用實(shí)例說明：見教材用實(shí)例說明：見教材P94,P94,卷取機(jī)大部工作在恒功率特性，只在最低轉(zhuǎn)速卷取機(jī)大部工作在恒功率特性，只在最低轉(zhuǎn)速153r/min153r/min對應(yīng)對應(yīng)8H8HZ Z時(shí)需時(shí)需T TL L= =60N60NM M, ,按照通常選擇至少需要按照通常選擇至少需要6KW6KW電動(dòng)機(jī)，大部時(shí)間浪費(fèi)。電動(dòng)機(jī)，大部時(shí)間浪費(fèi)。2.2.減少容量對策減少容量對策加傳動(dòng)比加傳動(dòng)比折算貼近負(fù)載特性折算貼近負(fù)載特性 設(shè)設(shè)=3=3時(shí)，頻率范圍擴(kuò)大到時(shí)，頻率范圍擴(kuò)大到f fx 2 2f fN，調(diào)頻范圍：調(diào)頻范圍：f fN f fX 2 2f fN 最高轉(zhuǎn)速比原來增大最高轉(zhuǎn)速比原來增大

24、一倍，傳動(dòng)比一倍，傳動(dòng)比也就增加了一倍，即也就增加了一倍，即= 6= 6, ,按照傳動(dòng)比速度降后力矩將增加的物按照傳動(dòng)比速度降后力矩將增加的物理常識，電動(dòng)機(jī)側(cè)折算過來的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因?yàn)槔沓ＷR，電動(dòng)機(jī)側(cè)折算過來的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因?yàn)? 2 = 2 所以所以T TN N由原來的由原來的60NM60NM折折算成算成30NM30NM，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速仍為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速仍為960r/min,960r/min,電動(dòng)機(jī)功率電動(dòng)機(jī)功率選相近的一檔電動(dòng)機(jī)選相近的一檔電動(dòng)機(jī)3.7KW3.7KW即可滿足負(fù)載拖動(dòng)要求，大大小于即可滿足負(fù)載拖動(dòng)要求，大大小于6KW.6KW.5-5 恒功率負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建恒功率負(fù)載變頻調(diào)

25、速系統(tǒng)的構(gòu)建KWPN39550960303.3. 高低速高低速分兩檔傳動(dòng)比時(shí)的系統(tǒng)容量分兩檔傳動(dòng)比時(shí)的系統(tǒng)容量機(jī)床類的負(fù)載，在停機(jī)時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)速，可以將傳動(dòng)比分為兩檔，低速檔：電動(dòng)機(jī)工機(jī)床類的負(fù)載，在停機(jī)時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)速，可以將傳動(dòng)比分為兩檔，低速檔：電動(dòng)機(jī)工作頻率從作頻率從f fminmin到到f fmidmid( (中間切換分界處）中間切換分界處）負(fù)載轉(zhuǎn)速從負(fù)載轉(zhuǎn)速從n nLmin變到變到n nLmid 。高速檔：電動(dòng)機(jī)工作頻率從高速檔：電動(dòng)機(jī)工作頻率從f fmid mid 變化到變化到2f2fN N 負(fù)載轉(zhuǎn)速從負(fù)載轉(zhuǎn)速從n nLmidLmid變到變到n nLmaxLmax. .三三. .電動(dòng)機(jī)和變頻器

26、的選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器的選擇1.1. 電動(dòng)機(jī)容量和類別選擇電動(dòng)機(jī)容量和類別選擇 在進(jìn)行容量計(jì)算時(shí)應(yīng)把傳動(dòng)比、調(diào)速系統(tǒng)的最高、最低工作頻率與轉(zhuǎn)矩線在進(jìn)行容量計(jì)算時(shí)應(yīng)把傳動(dòng)比、調(diào)速系統(tǒng)的最高、最低工作頻率與轉(zhuǎn)矩線等因素?cái)[在一起，等因素?cái)[在一起，綜合考慮綜合考慮?？偟脑瓌t：?？偟脑瓌t：在最高頻率不超過在最高頻率不超過2 2倍額定頻率的前倍額定頻率的前提下，通過適當(dāng)調(diào)整傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，盡量減小電動(dòng)機(jī)的容量提下，通過適當(dāng)調(diào)整傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，盡量減小電動(dòng)機(jī)的容量。2.2. 變頻器容量和類別選擇變頻器容量和類別選擇 卷曲機(jī)械一般不過載，變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量相符，卷曲機(jī)械一般不過載，變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量

27、相符，通用型通用型V/fV/f控制即可控制即可。機(jī)床類負(fù)載負(fù)載常變化，并允許電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載，機(jī)床類負(fù)載負(fù)載常變化，并允許電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載，容量加大并采用矢量控制容量加大并采用矢量控制。 風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載應(yīng)用很普遍，其特點(diǎn)是負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載應(yīng)用很普遍，其特點(diǎn)是負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。嚴(yán)格講轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：比，而負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比。嚴(yán)格講轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：功率表達(dá)式：功率表達(dá)式： 式中式中CT CT 和和KP KP 分別為轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)分別為轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)5-6 平方律（風(fēng)機(jī)、泵類）負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建平方律（風(fēng)機(jī)、泵類）負(fù)載變頻

28、調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建一一. .風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載的類型特點(diǎn)風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載的類型特點(diǎn)30LPLnKPP20LTLnCTT二二. .風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載拖動(dòng)系統(tǒng)的主要問題風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載拖動(dòng)系統(tǒng)的主要問題如何得到最佳節(jié)能效果如何得到最佳節(jié)能效果1.1.節(jié)能效果與節(jié)能效果與V/fV/f線的關(guān)系線的關(guān)系Tn0fXVX0n0S Sn n d d1 1d d2 2d d3 3T TLXLXT TmXmXnxV/f4V/f4V/f2V/f2V/f1V/f1V/f3V/f3T Tstst 由負(fù)載特性與轉(zhuǎn)矩線圖由負(fù)載特性與轉(zhuǎn)矩線圖可以看到在低頻可以看到在低頻T TMXMX有較大有較大余量。在余量。在S S點(diǎn)有低頻難啟動(dòng)點(diǎn)有低頻難啟動(dòng)問題

29、，用問題，用V/fV/f比調(diào)整解決。比調(diào)整解決。由于多數(shù)變頻器在低頻段由于多數(shù)變頻器在低頻段都有補(bǔ)償，造成節(jié)能還有都有補(bǔ)償，造成節(jié)能還有潛力，有的變頻器設(shè)置潛力，有的變頻器設(shè)置“自動(dòng)節(jié)能自動(dòng)節(jié)能”對應(yīng)風(fēng)機(jī)泵對應(yīng)風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載。類負(fù)載。負(fù)載特性與電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩線關(guān)系負(fù)載特性與電動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩線關(guān)系用降低用降低V/fV/f比的方法解決比的方法解決T TSTST小于負(fù)載低頻轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載低頻轉(zhuǎn)矩2.2.節(jié)能效果與變頻器臺(tái)數(shù)的關(guān)系節(jié)能效果與變頻器臺(tái)數(shù)的關(guān)系 為節(jié)省投資，有些用戶以一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)為節(jié)省投資，有些用戶以一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)（恒壓供水例）（恒壓供水例）顯然只有顯然只有一臺(tái)是變頻調(diào)速，其余

30、臺(tái)工作于工頻，犧牲節(jié)能效果。一臺(tái)是變頻調(diào)速，其余臺(tái)工作于工頻，犧牲節(jié)能效果。電動(dòng)機(jī)的容量一般風(fēng)機(jī)泵類廠家配電機(jī)或說明應(yīng)配電機(jī)容量（略）電動(dòng)機(jī)的容量一般風(fēng)機(jī)泵類廠家配電機(jī)或說明應(yīng)配電機(jī)容量（略）5-6 平方律（風(fēng)機(jī)、泵類）負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建平方律（風(fēng)機(jī)、泵類）負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建三三. .電動(dòng)機(jī)和變頻器的選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器的選擇 變頻器廠家目前已經(jīng)提供專用于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載的變頻器廠家目前已經(jīng)提供專用于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載的節(jié)能專用變頻器節(jié)能專用變頻器，其特點(diǎn)是：，其特點(diǎn)是：1.1.鑒于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載一般不容易過載，所以專用變頻器設(shè)的過載能力較低為鑒于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載一般不容易過載，所以專用變頻器設(shè)的過

31、載能力較低為 120%/1min120%/1min. .因此使用時(shí)因此使用時(shí)注意工作頻率注意工作頻率額定頻率額定頻率，否則可能過載跳閘。，否則可能過載跳閘。2.2.針對恒壓供水等多臺(tái)泵可能切換，設(shè)置針對恒壓供水等多臺(tái)泵可能切換，設(shè)置“甩工頻甩工頻”切換輸出信號功能。切換輸出信號功能。3.3.針對有些泵、風(fēng)機(jī)階段性不調(diào)速狀況，設(shè)置針對有些泵、風(fēng)機(jī)階段性不調(diào)速狀況，設(shè)置“睡眠睡眠”“”“喚醒喚醒”功能，及專用功能，及專用 于風(fēng)機(jī)、泵控制的于風(fēng)機(jī)、泵控制的PIDPID調(diào)節(jié)器功能。調(diào)節(jié)器功能。5-7 直線律負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建直線律負(fù)載變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建一一. .直線律負(fù)載的特性直線律負(fù)載的特性 一般軋鋼機(jī)和碾壓機(jī)等都是直線類負(fù)載。其負(fù)載類型等同于二次平方律類及恒功一般軋鋼機(jī)和碾壓機(jī)等都是直線類負(fù)載。其負(fù)載類型等同于二次平方律類及恒功率類，但又有其特點(diǎn)：率類，但又有其特點(diǎn)：nTnP000.78 3.147.050010001500453015 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比 負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速二次方成正比負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速二次方成正比 碾壓機(jī)和工件摩擦力碾壓機(jī)和工