第二章電動機帶負載特性

1、第2章電動機變頻后的帶負載特性2.1異步電動機的機械特性2.1.1異步電動機的自然機械特性1.自然機械特性2.機械特性的含義/r1/r1a)b)c)圖2-2機械特性的含義a）負載較輕b）對應(yīng)的工作點c）負載較重2.1.2異步電動機的人工機械特性1.轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的機械特性a)b)a)圖2-3轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的機械特性轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的電路b）機械特性2.改變電壓的機械特性M丿3.改變頻率的機械特性（ku=kf）2.2V/F控制方式2.2.1低頻時臨界轉(zhuǎn)矩減小的原因與對策1.基本關(guān)系(1)(2)Tm=Kt121COS2I2I2N=kfUi-Ui=KfUiliZi2.和磁通有關(guān)的因素(在某一頻率下)(1)負

2、載不變(li=CAUi=C):Uiif5烏J(2)電壓不變IifoiJliJoif3.變頻運行時的數(shù)據(jù)舉例Ui=厲+叫UiE+AUiJ叫11111Ld壟*=mi4i_1irm,E=3(1十。1廠2d1y丨11iIIEB十亍1(p-0=7S9iElSJib）圖2-6低頻時臨界轉(zhuǎn)矩減頻運行時的小的原因a）運行頻率為50Hzb）運行頻率為25Hzc）運行頻率為10Hz3.對策（電壓補償、轉(zhuǎn)矩補償、轉(zhuǎn)矩提升）人25血a人25血a圖2-7電壓補償?shù)脑韆）電壓補償?shù)暮xb）25Hz時的補償量c）10Hz時的補償量4.負載變化的影響10He圖2-8負載變化（減輕）對磁通的影響a）負荷率減輕至20%b）正常

3、時勵磁電流c）飽和時勵磁電流300獷=62Air=0i3x2047E=S2-488Vy=y.H0n2.2.2變頻器的U/f線旳4聞A的b)G)圖2-9變頻器的U/f線a）U/f線類型b）恒轉(zhuǎn)矩U/f線c）二次方律U/f線2.3U/f線的選擇與調(diào)整2.3.1調(diào)整U/f線的實質(zhì)1.基本頻率)b)c)圖2-10基本頻率的定義a）基本U/f線b）變頻器的對應(yīng)關(guān)系c）電動機的對應(yīng)關(guān)系2.3.2基本頻率的調(diào)整1.三相220V電動機配380V變頻器a）對基本頻率的設(shè)定b）變頻器與電動機的對應(yīng)關(guān)系2.270V、70Hz電動機配380V變頻器圖2-13270V、a）對基本頻率的設(shè)定70Hz電動機配380V變頻器

4、b）變頻器與電動機的對應(yīng)關(guān)系2.3.3轉(zhuǎn)矩提升的預置要點1低頻重載時a）負載示意圖b）負載機械特性c）U/f線的選擇2.低頻輕載時（1）補償后的電流一轉(zhuǎn)矩曲線圖215轉(zhuǎn)矩補償后的電流一轉(zhuǎn)矩曲線期電沱主導饋走電瀝主導a）電壓補償線b）補償后的電流曲線(2)風機的U/f線選擇a)T_L0遞減鷲矩半方聶掠tyf線降轉(zhuǎn)矩u/f,變轉(zhuǎn)壬低減:7/線負補u/f,低勵磁/統(tǒng)Aib)圖2-16風機的U/f線a)風機的機械特性b)U/f線的選擇休息15分鐘2.4矢量控制方式2.4.1矢量控制的基本思想1.直流電動機的特點圖2-18直流電動機的調(diào)速a）直流電動機結(jié)構(gòu)示意圖b）直流電動機電路c）調(diào)速后機械特性2.4

5、.2電動機參數(shù)的自動測量(auto-tuning)1矢量控制需要的參數(shù)(1) 電動機的銘牌數(shù)據(jù)一一電壓、電流、轉(zhuǎn)速、磁極對數(shù)、效率等。(2) 電動機的繞組數(shù)據(jù)一一定子電阻、定子漏磁電抗、轉(zhuǎn)子等效電阻、轉(zhuǎn)子等效漏磁電抗、空載電流等。3.自動測量的相關(guān)功能表2-1自動測量相關(guān)功能（安川CIMRG7A）功能碼功能含義數(shù)據(jù)碼及含義T100電動機1/2選擇1:電動機1;2:電動機2T101自動測量模式0:旋轉(zhuǎn)自測量；1:停止自測量T102電動機額定功率T103電動機額定電壓T104電動機額定電流T105電動機額定頻率T106電動機的磁極數(shù)T107電動機額定轉(zhuǎn)速4.自動測量的操作（1）旋轉(zhuǎn)自測量（可進行空

6、載試驗和堵轉(zhuǎn)試驗）電動機脫離負載。變頻器通電，按下RUN鍵，先讓電動機停止1分鐘，再讓電動機旋轉(zhuǎn)1分鐘（轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的一半）。按下STOP鍵，中止自測量。（2）停止自測量（只進行堵轉(zhuǎn)試驗）電動機不脫離負載。變頻器通電，按下RUN鍵，讓電動機停止1分鐘。按下STOP鍵，中止自測量。2. 4.3有反饋矢量控制和無反饋矢量控制1有反饋矢量控制接法2.相關(guān)功能表2-2有反饋矢量控制的相關(guān)功能（艾默生TD3000）功能碼功能碼名稱數(shù)據(jù)碼及含義（或范圍）Fb.00編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)09999p/rFb.01編碼器旋轉(zhuǎn)方向0正方向；1反方向Fb.02編碼器斷線后處理方法0以自由制動方式停機；1切換為開環(huán)V

7、/F控制方式3. 無反饋矢量控制圖2-22無反饋矢量控制方式a）無反饋矢量控制示意圖b）機械特性曲線簇4. 矢量控制方式的適用范圍F呈制酬F呈制酬uVWRST量制uJK控RSTLVIF量制U長控州驚控制M：a)b)圖2-23不宜米用的場合a）帶多臺電動機b）容量差兩檔以上c）8極以上d）特殊電機（1）矢量控制只能用于一臺變頻器控制一臺電動機的情況下。（2）電動機容量和變頻器要求的配用電動機容量之間，最多只能相差一個檔次。(3) 磁極數(shù)一般以2、4、6極為宜。(4) 特殊電動機不能使用矢量控制功能2.5變頻調(diào)速的有效轉(zhuǎn)矩線2.5.1有效轉(zhuǎn)矩線的概念1. 額定工作點與有效工作點2.5.1有效轉(zhuǎn)矩線

8、的概念2. 額定工作點與有效工作點2.ku=k?時的有效轉(zhuǎn)矩線2.ku=k?時的有效轉(zhuǎn)矩線圖2-25ku=k?時的有效轉(zhuǎn)矩線a)kU=k?時的U/f線b)有效轉(zhuǎn)矩線的形成c)有效轉(zhuǎn)矩線2. 5.2電動機變頻后的有效轉(zhuǎn)矩線1.?x?N的有效轉(zhuǎn)矩線3.?X?N的有效轉(zhuǎn)矩線最大輸出電壓與功率不變U1X=U1N,PMPMNfxf-U/?比主磁通iJt電磁轉(zhuǎn)矩TmxJ圖2-28fxfN時的機械特性和全頻有效轉(zhuǎn)矩線a）額定頻率以上的機械特性b）全頻有效轉(zhuǎn)矩線休息15分鐘2.6拖動系統(tǒng)的傳動機構(gòu)淪匚口口杯2In廠2.6.1傳動機構(gòu)及其作用1.常見傳動機構(gòu)a)a)!lETI旺I打L4-Lb)圖2-29常見的傳

9、動機構(gòu)a）連軸器b）帶輪c）減速齒輪2.傳動比及其作用入=nMnLnM根據(jù)輸能量守恒的原則，有：TMnM=TlnL9550=9550Tm“l(fā)1TL“mTl_Tm入2.6.2傳動系統(tǒng)的折算1. 折算的必要性2. 折算的基本原則穩(wěn)態(tài)過程：折算前后，傳動機構(gòu)所傳遞的功率不變動態(tài)過程：折算前后，旋轉(zhuǎn)部分儲存的動能不變。3.折算公式（1）轉(zhuǎn)速的折算nL（2）轉(zhuǎn)矩的折算Tl（3）飛輪力矩的折算（=nLAnMGDl2)GDl2_4.傳動比與工作頻率負載轉(zhuǎn)速傳動比電動機轉(zhuǎn)速電動機額定轉(zhuǎn)速工作頻率2962592148020.441184405148050表中：p=2nN=15001480=20r/minfX=p

10、no=p（nM.你）60602.6.3調(diào)整傳動比在實際工作中的應(yīng)用實例1某電動機，帶重物作園周運動，如圖所示。運行時，到達A點后電動機開始過載，到達B點時容易堵轉(zhuǎn)，怎樣解決？（上限頻率為45Hz）將傳動比加大10%，則在電動機轉(zhuǎn)矩相同的情況下，帶負載入圖2-31重物園周運動000能力也加大10%。但這時的上限頻率應(yīng)加大為49.5Hz。RSTUFUHW實例2提高下限頻率某恒轉(zhuǎn)矩負載，電動機容量是22kW，額定轉(zhuǎn)速為1470r/min，傳動比匸4,采用無反饋矢量控制變頻調(diào)速，在最低工作頻率（4Hz）時運行不穩(wěn)定，怎樣解決？（滿載運行頻率范圍為440Hz）計算如表2-3。表2-3提高下限頻率的計算負

11、載轉(zhuǎn)速29.4r/min294r/min原傳動比啟4電動機轉(zhuǎn)速117.6r/min1176r/min工作頻率4Hz40Hz修改傳動比?=6電動機轉(zhuǎn)速176.4r/min1764r/min工作頻率6Hz60Hz實例3傳動比與電動機的起動某鋸片磨床，卡盤直徑為2m,傳動比入=5;電動機的容量為3.7kWo1.存在問題起動較困難，升速時間太長?？蓤D2-32鋸片磨床示意圖2.對策將傳動比增大為入=7.5，可使折算到電動機軸上的飛輪力矩減小為原來的44%o結(jié)果，卡盤可以在5s內(nèi)起動起來。2.7變頻拖動系統(tǒng)的基本規(guī)律2.7.1變頻拖動系統(tǒng)必須滿足的條件1.電動機與負載的功率關(guān)系圖234拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩關(guān)系

12、2.7.2拖動系統(tǒng)的重要規(guī)律與常見誤區(qū)誤區(qū)一甩掉減速器1.錯誤原因一一電動機降速后的有效功率要隨轉(zhuǎn)速下降圖2-36電動機的有效功率與轉(zhuǎn)速a）拖動系統(tǒng)b）高速時的功率c）低速時的有效功率2.具體分析誤區(qū)二加大工作頻率來提高生產(chǎn)率/mina)T/minb)圖2-38加大工作頻率來提高生產(chǎn)率a）原工作狀態(tài)b）加大工作頻率1錯誤原因一一負載升速后所需功率加大藥TUF藥TUFjTfAMJUY圖2-39負載功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系a）拖動系統(tǒng)b）低速時的負載功率c）高速時的負載功率2.具體分析2.具體分析nvonvo誤區(qū)三功率相同就可以錯誤原因一一電動機額定轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速的關(guān)系一9550Pmn磁極數(shù)（2p）額定轉(zhuǎn)

13、速（nMN）額定轉(zhuǎn)矩（Tmn）22970r/min241Nm41480r/min484Nm6980r/min731NmTMN一“MN表2-4不同磁極對數(shù)電動機的額定轉(zhuǎn)矩（75kW）32綜合實例某排粉機，原拖動系統(tǒng)數(shù)據(jù)：三相整流子電動機額定功率：160kW;額定電流：285A，工作電流：234A，負荷率：-0.82;額定轉(zhuǎn)速：1050/350r/min;傳動比：/=2改造為普通電動機變頻調(diào)速時：電動機數(shù)據(jù)：160kW,275A,1480r/min。運行情況：轉(zhuǎn)速為1050r/min時，電動機過載，電流達316A。1.原拖動系統(tǒng)的計算數(shù)據(jù)額定轉(zhuǎn)矩316A。1.原拖動系統(tǒng)的計算數(shù)據(jù)額定轉(zhuǎn)矩TMN0負

14、載轉(zhuǎn)矩Tl=Tl=Tl負載最高速nLmax=955Pmn=9550160=1455Nm“mn1050Tmn0樂=1455X0.82=1194NmZ=1194X2=2388NmnMax=I050=525r/min人2Pl=95502.改造后拖動系統(tǒng)的計算數(shù)據(jù)(1)最大功率工作頻率(2)(3)TLnLmax=2388525=RW9550Pnoxfx60有效功率pme=PMN070=35.7Hz60電=160357=114kWfN50955Pmn=9550160=1032Nm“MN1480電動機的轉(zhuǎn)矩tmn=【解決辦法】方法一.當【解決辦法】方法一.當加大傳動比m=“mn=1480r/min時Pm=

15、Pmn=160kWI令：負載轉(zhuǎn)速等于最高轉(zhuǎn)速時，電動機的轉(zhuǎn)速等于額定轉(zhuǎn)速:并=nMNnLmax=1480=2.8(=1.4R525TTll=繆=853NmvTMN(=1032Nm)2.8電動機的上限工作頻率等于額定頻率：fX=fN=50Hz方法二改選6極電動機電動機數(shù)據(jù)160kW,297A,980r/min9550PmnnMN9550PmnnMN=9550160=1559Nm980在1050r/min時的工作頻率：fx=fNX嚴nMN=50XI050=53.6Hz980在1050r/min時的電動機轉(zhuǎn)矩：Tmx=tmnX7fX=1559X旦=1454Nm53.6Tl(=1194Nm)50Hz5

16、0Hz禹肌=1生陰Nf心IT叭2388N-td525r/iriinL131klfrMEX=1454Nm160kTQ112RSTUFUVw用二1194lim2383N-m525rAinL53-SHz1050r/mingso155b)圖2-44加大磁極對數(shù)前后的數(shù)據(jù)a）改造前的數(shù)據(jù)b）加大磁極對數(shù)后的數(shù)據(jù)2.8變頻器的選型2.8.1變頻器容量的選擇1.變頻器的容量與電動機特性2.電動機與變頻器額定電流的比較表25電動機與變頻器額定電流的比較電動機容量（kW）22.030.037.045.055.075.0電動機額定電流Imn（A）2P=242.256.970.483.9102.7140.12P=4

17、42.556.969.884.2102.5139.72P=644.659.572.085.4104.9142.42P=847.663.078.293.2112.1152.8變頻器額疋電流康沃45.060.075.091.0112.0150.0森蘭45.060.075.091.0115.0150.0英威騰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43.057.071.086.0110.0富士45.060.075.091.0112.0150.0安川G752.065.080.097.0128.01

18、65.0ABB80055.072.086.0103.0141.0166.0瓦薩CX48.060.075.090.0110.0150.0丹佛士44.061.073.090.0106.0147.03.電動機工況與變頻器的選擇圖2-46電動機的工況a）連續(xù)不變負載b）連續(xù)變動負載c）斷續(xù)負載4.一臺變頻器帶多臺電動機(2)多臺電動機分別起動真真真RsT(1.051.1)1MNK!IstIn圖2-48多臺電動機分別起、制動K22.8.2變頻器的類別與選擇表2-6變頻器的類別與應(yīng)用變頻器類別常見型號舉例主要特點通用變頻器普通型康沃：CVF-G1、G2森蘭：SB40、SB61安邦信：AMB-G7英威騰：INVT-G9時代：TVF2000只有V/F控制方式，故：機械特性略“軟”；調(diào)速范圍較??；輕載時磁路容易飽和。高性能型康沃：CVF-V1森蘭：SB80英威騰：CHV臺達：VFD-A、B艾默生：VT3000富士：5000G11S安川：CIMR-G7ABB:ACS800AB:PowerFlex700瓦薩：VACONNX丹佛士：