DN02(新27)第二章电动机带负载特性.

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．自然机械特性从电动机的角度看，转速降低，产生的电磁转矩将增大。图2－1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22．拖动系统的工作点从拖动系统的角度看，负载转矩增加，拖动系统的转速将下降：TL↑→TM＜TL→nM↓→TM↑→TM＝TL→在已经降低了的转速下达到新的平衡。3．机械特性的“硬”与“软”图2－2机械特性的含义之二a）拖动系统的工作点b）机械特性的含义图2－3机械特性的“硬”与“软”a）硬特性b）软特性32．1．2异步电动机的人工机械特性1．转子串联电阻的机械特性2．改变电压的机械特性图2－4转子串联电阻的机械特性a）转子串联电阻的电路b）机械特性图2－5改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性43．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52．2低频时临界转矩减小的原因2．2．1有效转矩与磁通2．2．2与磁通有关的因素图2－7有效转矩与磁通62．2．3频率下降时的磁通变化（kU＝kf）假设：（1）ΔU＝30V［I1＝I1N］（约30～40V）（2）11UUX≈U1X－ΔU1当kU＝kf，I1＝I1N时，在不同频率下的磁通量fX（Hz）U1X（V）Φ1X（%）fX（Hz）U1X（V）Φ1X（%）5038010020152874030498107666302289453823图2－8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10Hz72．3增大转矩的对策之一——V／F控制方式2．3．1V／F控制的基本思想1．设置转矩提升功能2．转矩提升量UC%＝NCUU×100%图2－10转矩提升量的定义a）基本U∕f线b）转矩提升量图2－9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83．转矩提升存在的问题2．3．2变频器提供的U∕f线1．U∕f线的类型之一图2－12U∕f线的类型之一a）U∕f线类别b）恒转矩类U∕f线c）二次方类U∕f线图2－11负载变化（减轻）对磁通的影响a）负荷率减轻至20%b）正常时励磁电流c）饱和时励磁电流92．U∕f线的类型之二3．U∕f线的类型之三图2－14U∕f线的类型之三a）三点式U∕f线b）多点式U∕f线c）折线的预置图2－13U∕f线的类型之二a）二次方类b）一次方类c）恒转矩类104．自动转矩提升2．3．3关于预置转矩提升功能的讨论1．提升不足把转矩提升量增大为20.0，IM≈40A图2－15塑料挤出机图2－14自动转矩提升a）自动U∕f线b）手动提升过程c）自动提升过程112．提升过分（1）提升过分时的IM＝f（TL）曲线（2）提升过分的实例之一图2－16转矩补偿后的电流—转矩曲线a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线图2－17转矩提升预置过分a）风机的机械特性b）U／f线的预置12（3）提升过分的实例之二（4）提升过分的实例之三图2－18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线选择图2－19带式输送机改风扇a）电动机拖动传输带b）电动机拖动风扇c）U∕f线选择13休息15分142．3．4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（2）270V、70Hz电动机配380V变频器图2－20220V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图2－21270V、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152．额定频率时降压节能3．“高频”区加大带负载能力图2－22额定频率时“大马拉小车”的降压节能a）大马拉小车b）降压方法c）降压效果图2－2340Hz时加大带载能力a）40Hz时带重负载b）转矩提升的结果c）减小基本频率162．4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2．矢量控制的基本思路图2－24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）调速后机械特性图2－25矢量控制框图172．4．2电动机参数的自动测量（auto-tuning）1．矢量控制需要的参数2．电动机的空载和堵转试验图2－27电动机的空载和堵转试验a）空载试验b）堵转试验图2－26矢量控制所需参数a）铭牌数据b）等效电路参数183．自动测量的相关功能（1）安川G7系列表2－1自动测量相关功能（安川CIMR—G7A）功能码功能含义数据码及含义T1—01自动测量模式0：旋转自测量；1：静止自测量T1—02电动机额定功率T1—03电动机额定电压T1—04电动机额定电流T1—05电动机额定频率T1—06电动机的磁极数T1—07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2－2自动测量相关功能（V5－H系列）功能码功能含义数据码及含义P9．01电动机的磁极数P9．02电动机额定转速P9．03电动机额定功率P9．04电动机额定电流P9．15参数自整定1：静止自整定；2：旋转自整定自整定过程中，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%。192．4．3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（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—以自由制动方式停机；1—切换为开环V∕F控制方式图2－28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203．无反馈矢量控制4．矢量控制方式的适用范围图2－29无反馈矢量控制方式a）无反馈矢量控制示意图b）机械特性曲线簇图2－30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212．5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＝ｋƒ时的有效转矩线图2－31额定工作点与有效工作点图2－32kU＝kƒ时的有效转矩线a）kU＝kƒ时的U∕f线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线222．5．2电动机变频后的有效转矩线1．ƒX≤ƒN的有效转矩线2．有效转矩线的改善图2－33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233．ƒX＞ƒN的有效转矩线∵最大输出电压与功率不变U1X≡U1N，PM≯PMN∴fX↑→Ｕ∕ƒ比↓→主磁通Φ1↓→电磁转矩TMX↓2．5．3电动机在额定转速以上的恒功率性质1．额定转速以上，有效转矩为啥减小？∵PMX≤PMN即9550MXMEXnT≤9550MNMNnT∴如nMX＞nMN则TMEX＜TMN图2－35fX＞fN时的机械特性和有效转矩线a）2倍频以下Ｕ∕ƒ线b）额频以上机械特性c）有效转矩线242．基本频率与有效转矩线3．不同磁极对数的有效转矩线（功率相同）图2－36基本频率与有效转矩线a）ƒBA=50Hzb）ƒBA=45Hzc）ƒBA=100Hz图2－37不同磁极对数的有效转矩线线①：二极电动机线②：四极电动机线③：六极电动机25休息15分钟262．6传动机构是拖动系统的组成部分2．6．1传动机构及其作用１．常见传动机构图2－38常见的传动机构a）连轴器b）带轮c）减速齿轮272．传动比及其作用λ＝LMnnnL＝Mn根据能量守恒的原则，有：MMLLTnTn95509550=LMTT＝MLnn＝1∴TL＝TM·λ减速器输出轴上的转矩比电动机的输出转矩增大了λ倍！图2－39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282．6．2传动系统为啥要折算？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’＝nL·λ＝nM（2）转矩的折算TL’＝LT经减速器减速后，相当于使电动机轴上的负载减轻了λ倍！图2－40电动机和负载的工作点图2－41传动比与有效转矩（从电动机侧看）a）拖动系统举例b）有效转矩线29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。传动比改变后，工作频率的计算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图2－42重物园周运动图2－43传动比与工作频率a）传动比较小b）加大传动比30（3）飞轮力矩的折算（GDL2）’＝22LGD经减速器减速后，电动机轴上的飞轮力矩减小了λ2倍！十分有利于电动机的起动。实例：某锯片磨床，卡盘直径为2ｍ，传动比λ＝5；电动机的容量为3.7ｋＷ。起动较困难，升速时间太长。将传动比增大为λ＝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。图2－45锯片磨床示意图图2－44传动比与飞轮力矩a）2p＝4，λ1b）2p＝4，λ2＝1.5λ1c）2p＝6，λ1d）有效转矩线312．7变频拖动系统的基本规律2．7．1变频拖动系统必须满足哪些条件？1．电动机与负载的功率关系2．电动机与负载的转矩关系图2－46拖动系统的功率关系图2－47拖动系统的转矩关系322．7．2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？错误原因──电动机降速后的有效功率要随转速下降图2－49甩掉减速器图2－48甩掉减速器33[误区二]通过加大工作频率来提高生产率，可以吗？错误原因──负载升速后所需功率加大图2－51加大工作频率来提高生产率a）原有数据码b）频率加大后数据图2－50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34[误区三]能否拖动，主要看转矩实例1：用4极电动机代替6极电动机实例2：用大容量电动机代替小容量电动机图2－52用4极电动机代替6极电动机a）6极电动机拖动b）4极电动机拖动图2－53用15kW电动机代替11kW电动机a）11kW、6极电动机拖动b）15kW、4极电动机拖动35[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：σA≈0.82;额定转速：1050∕350r∕min;传动比：λ＝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TMN0＝MNMNnP9550＝10501609550＝1455N·m负载转矩TL’＝TMN0·σA＝1455×0.82＝1194N·mTL＝TL’·λ＝1194×2＝2388N·m负载最高速nLmax＝maxMOn＝21050＝525r∕min最大功率PL＝9550maxLLnT＝95505252388＝131kW2．改造后拖动系统的计算数据（1）工作频率fX＝60OXpn＝6010702＝35.7Hz（2）有效功率PME＝PMN·NXff＝160·507.35＝114kW（3）电动机的转矩TMN＝MNMNnP9550＝14801609550＝1032N·m图2－54改造前后的数据a）改造前