S120单传训-第1章-电气传动系统的组成

第1章电气传动系统的组成一、电动机的基本知识1.1异步交流电动机是怎样转起来的?异步交流电动机分定子和转子两个部分；定子的铁心里放置的是三相绕组，把三相交流电通到三相绕组，就产生旋转磁场；转子绕组因切割旋转磁场的磁力线而产生感应电动势和电流,转子电流又和旋转磁场相互作用而产生电磁力和电磁转矩,使转子旋转。1.2异步交流电机的铭牌参数1电机型号YTSP112M-4YTSP:电机型号；112M：机座号；4：4极电机2电机额定功率4kW3电机额定电压380V4电机额定电流9A5电机额定频率50Hz6电机接线方法Y形7定额S1电机工作制：S1连续工作制8电机额定转矩电机额定转速25.4N.m1437r/min9恒转矩范围3-50Hz电机的运行方式恒功率范围50-100Hz10绝缘等级F11防护等级IP4412电机重量44kg型号：表示电动机的系列品种、性能、防护结构形式、转子类型等产品代号；电机额定功率：表示额定运行时电动机轴上输出的额定机械功率，单位KW或HP，1HP=0.736KW；电机额定电压：直接到定子绕组上的线电压（V），电机有Y形和△形两种接法，其接法应与电机铭牌规定的接法相符，以保证与额定电压相适应；电机额定电流：电动机在额定电压和额定频率下，并输出额定功率时定子绕组的三相线电流；电机额定频率：指电动机所接交流电源的频率，我国规定为50HZ±1电机额定转速：电动机在额定电压、额定频率、额定负载下，电动机每分钟的转速（r/min）；电机额定转矩：在额定电压下、额定负载下，电动机转轴上产生的电磁转矩T（N.m)。工作定额：指电动机运行的持续时间；绝缘等级：电动机绝缘材料的等级，决定电机的允许温升。表3：电动机常用绝缘材料的等级级别极限工作温度级别极限工作温度级别极限工作温度级别极限工作温度E120℃B130℃F155℃H180℃额定负载（额定状态）：可以这样理解，就是电机输出轴所连接的机械负载和电机标牌标定的输出功率相同（负载功率=电机额定功率），这样的负载，称为额定负载。或也可以这样理解：给电机加上额定电压，能够使电机的电流为额定电流的负载就是额定负载。1.3电机学里面的几个重要公式：定子旋转磁场的转速，常称为同步转速；转子转速与同步转速之差成为转差(转子转速始终低于同步转速)；转差与同步转速之比，称为转差率。电机转速：n=)1(60spf（其中n是转速r/min；f=50Hz；s是转差率,p是极对数。）电磁转矩:T=nP9550（T是电磁转矩；P是电机功率；n是电机转速）电机功率:P=1.732*U*I*COS表1：不同磁极对数电动机的转速、转差与转差率极对数极数同步转速电机转速转差转差率p2pn0△ns备注（kW）12300029001000.0335.5～7.52930700.02311～18.52970300.0145～1602415001460400.02711～151470300.0218.5～301480200.01337～315361000960400.043～5.5970300.037.5～30980200.0237～25048750720300.044～7.5730200.02711～30740100.01337～200电动机的容量（额定功率）中，包含着转速的因素。所以容量相同的电动机，其额定转矩因磁极对数的不同而各异。表2：不同磁极对数的75kW电动机的额定转矩磁极对数磁极数同步转速（r/min)额定转速（r/min)额定转矩（N.m)12300029702412415001480484361000980731487507409681.4齿轮箱的作用（为什么不能随便甩掉齿轮箱）假设电动机数据:7.5kW,1440r/min,15.4A；实测电流12.3A。实际负荷率：4.153.12=0.8电机额定转矩为T=nP9550=14407.5*9550=50（N.m)齿轮箱的传动比λ=5，故负载转速为nL=MNn=51440=288(r/min)；根据能量守恒原理，9550nTMM=9550nTLL，则负载轴上得到的转矩为TL0=TMLnMn=TMλ=50*5=250（N.m)负载的实际转矩为TL=0.8*250=200（N.m)从上面可以看出:齿轮减速箱在降低输出轴转速的同时，把输出轴上的转矩放大了。能否拖动负载的关键，要看电磁转矩的大小。电磁转矩〉负载转矩：负载加速运行；电磁转矩=负载转矩：负载恒速运行；电磁转矩负载转矩:负载减速运行。1.5异步电机的机械特性：在电力拖动里，描绘电动机带负载能力的是机械特性曲线。所谓带得动，就是说电动机产生的电磁转矩能够克服负载阻转矩以一定的转速稳定运行。三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁转矩与转速的关系。所以机械特性的函数关系是n=（T），横坐标是转矩，纵坐标是转速。机械特性有硬和软之分，负载转矩增大后，转速下降较少者，称为硬机械特性；转速下降较多者，称为软机械特性。1.6什么是恒转矩调速方式和恒功率调速方式？电机恒功率和恒转矩都是用在电机调速中的性能指标。恒转矩调速是指电机高速、低速时输出转矩一样大，即高速时输出功率大，低速时输出功率小。恒功率调速是指电机低速时输出转矩大，高速时输出转矩小，即输出功率是一定的。我们再来看，3-50Hz是恒转矩调速，50-100Hz是恒功率调速，那么60Hz运行时，此频率下的输出转矩要比50Hz小。1.7电动机的各种运转状态以及什么是四象线运行？A电动运转状态：电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同，机械特性落在第一和第三象限；电动状态时，电动机从电网吸收电能，转换成机械能带动负载。B制动运转状态：若电磁转矩与转速的方向相反，电动机处于制动状态，工作在第二和第四象限；而在制动运行中，根据转速和转矩的不同情况，又可分为回馈制动、反接制动和能耗制动等。1.8电动机的冷却方式常见的电机冷却方式有：自然冷却，强迫风冷，风风冷，风水冷，水冷，IC411,IC416,IC816等，其表征什么意思。1.9电动机的工作制度连续工作制S1；短时工作制S2；断续周期工作制S3；包括起动的断续周期工作制S4；包括电制动的断续周期工作制S5；连续周期工作制S6；包括电制动的连续周期工作制S7；包括变速负载的连续周期工作制S8；负载与转速非周期变化工作制S9。异步交流电机的接线:分三角形和星形接法。1.10电动机烧毁的原因及对策2电气传动系统中的负载特性2.1什么是恒转矩负载？举个例子来说，恒转矩负载的典型例子是带式输煤机。当电动机拖动生产机械旋转时，生产机械总会产生阻碍旋转的阻转矩。对带式输煤机来说，阻碍传输带运动的是传输带与滚轮之间的摩擦力，而作用半径就是滚轮的半径。所以，传输带的阻转矩是TL=F*r式中TL是负载转矩，F是传输带与滚轮的摩擦力，r是滚轮的半径。机械特性是指转矩和转速之间的关系，从物理学得知，摩擦力F是和转速的快慢没有关系的，滚轮的半径r更是不变的常数。所以负载的阻转矩是不随转速而改变的，故称为恒转矩机械特性，具有恒转矩机械特性的负载就称为恒转矩负载。这里必须强调的是，所谓恒转矩，指的是负载转矩不随转速而改变，但不等于负载转矩的大小永远不变。例如，如果传送带上的煤多一点，负载转矩当然会大一些，但那不是转速变化的结果。恒转矩负载实施变频调速时应注意的问题:最主要的是低频运行的问题。2.2恒功率负载2.3平方负载(风机,水泵类负载)3变频器基本知识3.1主回路（1）整流部分：三相整流桥，一上电，直流母线就有电压。（2）直流环节：滤波电容（电容成组），还有限流电阻与短路开关。（3）逆变部分：IGBT功率管，反并联续流二极管。（4）制动单元和制动电阻以及回馈单元：多用于制动，快速停车。3.2控制回路（1）电压电流检测回路；用于检测和比较计算。（2）开关电源；提供电子板电源和驱动板电源以及控制电源。开关电源的进线可以来自变频器的进线，也可以来自直流母线。也就是电源板。（3）驱动回路；驱动IGBT。电源板和驱动板经常在一块板上，也称电源驱动板。（4）过电流过电压保护回路；主要指IGBT的过流过压保护，还有过温保护。（5）主控板；变频器的核心控制单元，也就是CPU所在的板子。（6）在主控板上有如下端子和接口：A开关量输入端子；一般用于启停命令，方向，多段速，故障复位，急停，变频器使能，外部故障，手自动等。B开关量输出端子；一般用于变频器准备好、运行、故障、抱闸控制等。C模拟量输入端子；一般用于速度给定，有时也用于转矩给定，或其它数据给定。D模拟量输出端子；一般用于电机实际速度（频率）、电机实际电流等。E操作面板；对S120来说，有两种操作面板BOP20和AOP30。F通讯接口（RS232；profibus-DP接口；profinetRJ45口），一般用于调试变频器，或经常使用通讯控制变频器。（7)可以插在主控板上的选件板（不是标配的，具体看说明书）3.3其他部件（1）散热器；由于整流管和IGBT都是功率管，将工作产生的热量散发出去。（2）温度传感器；检测散热器的温度，确保模块工作在允许的温度下。（3）风扇：配合散热器，将变频器内部的热量带走。3.4变频器的额定数据变频器的型号：6SL3210-1SE22-5UA0变频器输入侧：（1）额定输入电压：给变频器供电的额定工作电压，各国家不完全一样，在我们国家380AC50Hz。（2）电压允许波动：限制变频器的最高和最低工作电压，避免损坏变频器。当电压超过最高值时变频器并没有保护能力。（3）频率波动范围：50/60Hz±5％。变频器输出侧：（1）额定输出电压：变频器的最大输出电压，由额定工作电压决定。（2）额定电流：变频器能够长期输出的最大电流。（3）过载能力：变频器的输出电流允许超过额定电流的倍数和时间。（4）最大输出频率：变频器能够输出的最大工作频率。（5）频率精度：输出频率的准确度（相对于设定频率）（6）频率分辩率：指给定运行频率的最小改变量防护等级IP20(不防水）3.5变频器外围设备（1）变频器进线：断路器、进线电抗器、进线滤波器、进线接触器，直流电抗器（2）变频器出线：输出电抗器、输出滤波器3.6常用变频器的结构两种：（1）第一种：整流单元和逆变单元合在一起，就是单传动变频器；（2）第二种：整流单元和逆变单元分开，就是多传动变频器。3.7变频器的控制方式（1）V/F控制方式（电压/频率控制方式），也称为恒磁通控制方式，但实际上并不能真正保持磁通不变。（磁通发生变化会怎样？）什么是V/F控制方式？V/f控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制，这样可以使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。转矩补偿。变频器采用V/F控制方式时，对电机参数依赖不大，一般强调“空载电流”的大小。由于采用矢量化的V/F控制方式，故做电机参数静止自整定还是有必要的。由于V/F控制方式下，低频时带载能力差，因此可以采用“转矩提升”功能，提高启动转矩。（2）矢量控制方式性能优良，可以与直流调速媲美。模仿直流电机的控制方法，采用矢量坐标变换来实现对异步电机定子励磁电流分量和转矩电流分量的解耦控制，保持电机磁通的恒定，进而达到良好的转矩控制性能，实现高性能控制。（小孙学变频，照片68-73页）矢量控制方式：分为矢量开环和矢量闭环。不带编码器测速的控制方式称为矢量开环；带编码器测速的控制方式称为矢量闭环。矢量控制还分为速度控制和转矩控制。无反馈矢量控制在很低频率下运行时，有时不够稳定。（比如高炉探尺采用交流变频器控制时，必须采用带编码器反馈的矢量闭环控制。）因为矢量控制需要根据电动机的参数进行等效变换，故使用前必须进行电动机参数的