第二章电动机带负载特性

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1、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/r1/r1a)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)a)图2-3转子串联电阻的机械特性转子串联电阻的电路b）机械特性2.改变电压的机械特性M丿3.改变频率的机械特性（ku=kf）2.2V/F控制方式2.2.1低频时临界转矩减小的原因与对策1.基本关系(1)(2)Tm=Kt121COS2I2I2N=kfUi-Ui=KfUiliZi2.和磁通有关的因素(在某一频率下)(1)负

2、载不变(li=CAUi=C):Uiif5乌J(2)电压不变IifoiJliJoif3.变频运行时的数据举例Ui=厲+叫UiE+AUiJ叫11111Ld垄*=mi4i_1irm,E=3(1十。1厂2d1y丨11iIIEB十亍1(p-0=7S9iElSJib）图2-6低频时临界转矩减频运行时的小的原因a）运行频率为50Hzb）运行频率为25Hzc）运行频率为10Hz3.对策（电压补偿、转矩补偿、转矩提升）人25血a人25血a图2-7电压补偿的原理a）电压补偿的含义b）25Hz时的补偿量c）10Hz时的补偿量4.负载变化的影响10He图2-8负载变化（减轻）对磁通的影响a）负荷率减轻至20%b）正常

3、时励磁电流c）饱和时励磁电流300犷=62Air=0i3x2047E=S2-488Vy=y.H0n2.2.2变频器的U/f线旳4闻A的b)G)图2-9变频器的U/f线a）U/f线类型b）恒转矩U/f线c）二次方律U/f线2.3U/f线的选择与调整2.3.1调整U/f线的实质1.基本频率)b)c)图2-10基本频率的定义a）基本U/f线b）变频器的对应关系c）电动机的对应关系2.3.2基本频率的调整1.三相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变频器图2-13270V、a）对基本频率的设定70Hz电动机配380V变频器

4、b）变频器与电动机的对应关系2.3.3转矩提升的预置要点1低频重载时a）负载示意图b）负载机械特性c）U/f线的选择2.低频轻载时（1）补偿后的电流一转矩曲线图215转矩补偿后的电流一转矩曲线期电沱主导饋走电瀝主导a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线(2)风机的U/f线选择a)T_L0递减鹫矩半方聂掠tyf线降转矩u/f,变转壬低减:7/线负补u/f,低励磁/统Aib)图2-16风机的U/f线a)风机的机械特性b)U/f线的选择休息15分钟2.4矢量控制方式2.4.1矢量控制的基本思想1.直流电动机的特点图2-18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2.4

5、.2电动机参数的自动测量(auto-tuning)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。3.自动测量的相关功能表2-1自动测量相关功能（安川CIMRG7A）功能码功能含义数据码及含义T100电动机1/2选择1:电动机1;2:电动机2T101自动测量模式0:旋转自测量；1:停止自测量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4.自动测量的操作（1）旋转自测量（可进行空

6、载试验和堵转试验）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一半）。按下STOP键，中止自测量。（2）停止自测量（只进行堵转试验）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. 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09999p/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以自由制动方式停机；1切换为开环V

7、/F控制方式3. 无反馈矢量控制图2-22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4. 矢量控制方式的适用范围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)图2-23不宜米用的场合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（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2.5.1有效转矩线

8、的概念2. 额定工作点与有效工作点2.ku=k?时的有效转矩线2.ku=k?时的有效转矩线图2-25ku=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.?x?N的有效转矩线3.?X?N的有效转矩线最大输出电压与功率不变U1X=U1N,PMPMNfxf-U/?比主磁通iJt电磁转矩TmxJ图2-28fxfN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）全频有效转矩线休息15分钟2.6拖动系统的传动机构沦匚口口杯2In厂2.6.1传动机构及其作用1.常见传动机构a)a)!lETI旺I打L4-Lb)图2-29常见的传

9、动机构a）连轴器b）带轮c）减速齿轮2.传动比及其作用入=nMnLnM根据输能量守恒的原则，有：TMnM=TlnL9550=9550Tm“l1TL“mTl_Tm入2.6.2传动系统的折算1. 折算的必要性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（2）转矩的折算Tl（3）飞轮力矩的折算（=nLAnMGDl2)GDl2_4.传动比与工作频率负载转速传动比电动机转速电动机额定转速工作频率2962592148020.441184405148050表中：p=2nN=15001480=20r/minfX=p

10、no=p（nM.你）60602.6.3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，带负载入图2-31重物园周运动000能力也加大10%。但这时的上限频率应加大为49.5Hz。RSTUFUHW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，传动比匸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440Hz）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原传动比启4电动机转速117.6r/min1176r/min工作频率4Hz40Hz修改传动比?=6电动机转速176.4r/min1764r/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2m,传动比入=5;电动机的容量为3.7kWo1.存在问题起动较困难，升速时间太长。卡忌图2-32锯片磨床示意图2.对策将传动比增大为入=7.5，可使折算到电动机轴上的飞轮力矩减小为原来的44%o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.电动机与负载的功率关系图234拖动系统的转矩关系

12、2.7.2拖动系统的重要规律与常见误区误区一甩掉减速器1.错误原因一一电动机降速后的有效功率要随转速下降图2-36电动机的有效功率与转速a）拖动系统b）高速时的功率c）低速时的有效功率2.具体分析误区二加大工作频率来提高生产率/mina)T/minb)图2-38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1错误原因一一负载升速后所需功率加大药TUF药TUFjTfAMJUY图2-39负载功率与转速的关系a）拖动系统b）低速时的负载功率c）高速时的负载功率2.具体分析2.具体分析nvonvo误区三功率相同就可以错误原因一一电动机额定转矩与额定转速的关系一9550Pmn磁极数（2p）额定转

13、速（nMN）额定转矩（Tmn）22970r/min241Nm41480r/min484Nm6980r/min731NmTMN一“MN表2-4不同磁极对数电动机的额定转矩（75kW）32综合实例某排粉机，原拖动系统数据：三相整流子电动机额定功率：160kW;额定电流：285A，工作电流：234A，负荷率：-0.82;额定转速：1050/350r/min;传动比：/=2改造为普通电动机变频调速时：电动机数据：160kW,275A,1480r/min。运行情况：转速为1050r/min时，电动机过载，电流达316A。1.原拖动系统的计算数据额定转矩316A。1.原拖动系统的计算数据额定转矩TMN0负

14、载转矩Tl=Tl=Tl负载最高速nLmax=955Pmn=9550160=1455Nm“mn1050Tmn0乐=1455X0.82=1194NmZ=1194X2=2388NmnMax=I050=525r/min人2Pl=95502.改造后拖动系统的计算数据(1)最大功率工作频率(2)(3)TLnLmax=2388525=RW9550Pnoxfx60有效功率pme=PMN070=35.7Hz60电=160357=114kWfN50955Pmn=9550160=1032Nm“MN1480电动机的转矩tmn=【解决办法】方法一.当【解决办法】方法一.当加大传动比m=“mn=1480r/min时Pm=

15、Pmn=160kWI令：负载转速等于最高转速时，电动机的转速等于额定转速:并=nMNnLmax=1480=2.8(=1.4R525TTll=缪=853NmvTMN(=1032Nm)2.8电动机的上限工作频率等于额定频率：fX=fN=50Hz方法二改选6极电动机电动机数据160kW,297A,980r/min9550PmnnMN9550PmnnMN=9550160=1559Nm980在1050r/min时的工作频率：fx=fNX严nMN=50XI050=53.6Hz980在1050r/min时的电动机转矩：Tmx=tmnX7fX=1559X旦=1454Nm53.6Tl(=1194Nm)50Hz5

16、0Hz禹肌=1生阴Nf心IT叭2388N-td525r/iriinL131klfrMEX=1454Nm160kTQ112RSTUFUVw用二1194lim2383N-m525rAinL53-SHz1050r/mingso155b)图2-44加大磁极对数前后的数据a）改造前的数据b）加大磁极对数后的数据2.8变频器的选型2.8.1变频器容量的选择1.变频器的容量与电动机特性2.电动机与变频器额定电流的比较表25电动机与变频器额定电流的比较电动机容量（kW）22.030.037.045.055.075.0电动机额定电流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变频器额疋电流康沃45.060.075.091.0112.0150.0森兰45.060.075.091.0115.0150.0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43.057.071.086.0110.0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瓦萨CX48.060.075.090.0110.0150.0丹佛士44.061.073.090.0106.0147.03.电动机工况与变频器的选择图2-46电动机的工况a）连续不变负载b）连续变动负载c）断续负载4.一台变频器带多台电动机(2)多台电动机分别起动真真真RsT(1.051.1)1MNK!IstIn图2-48多台电动机分别起、制动K22.8.2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：I

19、NVT-G9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：CIMR-G7ABB:ACS800AB:PowerFlex700瓦萨：VACONNX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，贝y：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：FRA140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：CVFZS/ZC英威腾：INVTZS5/ZS7张力控制用艾默生：TD3300三垦：SAMCOvm05