D092(新14)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2．机械特性的含义2．1．2异步电动机的人工机械特性图2－1异步电动机的自然机械特性图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21．转子串联电阻的机械特性2．改变电压的机械特性图2－3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2－4改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性33．改变频率的机械特性图2－5fX≤fN时的机械特性42．2V∕F控制方式怎么样提高低频时，电动机的带载能力1．低频时临界转矩减小的原因Ù1＝－È1＋ΔÙ1U1≈E1＋ΔU12．电压补偿（转矩补偿、转矩提升）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时的补偿量图2－6低频时临界转矩减小的原因a）运行频率为50Hzb）运行频率为25Hzc）运行频率为10Hz53．负载变化的影响4．U∕f线举例U∕f线选择的功能名称转矩提升、转矩补偿、U∕f比选择、U∕f增益设定等。图2－8负载变化（减轻）对磁通的影响a）负载减轻后b）100%负荷率c）60%负荷率d）20%负荷率图2－9U∕f线举例a）康沃变频器b）艾默生变频器c）日立变频器62．3U∕f线的选择与调整2．3．1基本频率的调整1．基本频率的定义基本频率别称：基频、基础频率、基底频率、最大电压频率2．调整基本频率实例（1）220V电动机配380V变频器图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）电动机的对应关系图2－11220V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7（2）270V、70Hz电动机配380V变频器2．3．2转矩提升的预置要点1．补偿后的电流－转矩曲线图2－13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2－12270V、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82．选择举例（1）风机的U∕f线选择（2）带式输送机的U∕f线选择图2－15带式输送机的U∕f线a）负载示意图b）负载机械特性c）U∕f线的选择图2－14风机的U∕f线a）风机的机械特性b）U∕f线的选择9（3）变频器从传输带上拆下接至风机的U∕f线调整（4）离心浇铸机的U∕f线选择图2－16变频器从传输带上拆下接至风机a）变频器接至传输带b）变频器接至风机图2－17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102．4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2．矢量控制的基本思路2．4．2电动机参数的自动测量1．矢量控制需要的参数图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）调速后机械特性图2－19矢量控制框图a）频率给定b）控制框图11（1）电动机的铭牌数据——电压、电流、转速、磁极对数、效率等。（2）电动机的绕组数据——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。2．自动测量的相关功能表2－1矢量控制相关功能（艾默生TD3000）功能码功能含义数据码及含义F1.00电动机类型选择0：异步电动机F1.01电动机额定功率F1.02电动机额定电压F1.03电动机额定电流F1.04电动机额定频率F1.05电动机额定转速F1.09自测定保护0：禁止测定1：允许测定F1.10自测定进行0：无操作1：启动测定2：启动测定宏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）图2－20有反馈矢量控制方式a）有反馈矢量控制电路图b）机械特性曲线簇12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3．无反馈矢量控制4．矢量控制方式的适用范围（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。图2－21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132．5变频调速的有效转矩线变频调速后，怎么样描绘不同频率下的带负载能力？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2．5．2电动机变频后的有效转矩线图2－22额定工作点与有效工作点图2－23ｋU＝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141．ƒX≤ƒN的有效转矩线2．有效转矩线的改善2．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↓ƒX＞ƒN时有效转矩的大小与转速成反比：ＴMEX＝MXMNnP9550∝MXn1图2－24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2－25有效转矩线的改善a）改善前后的有效转矩线b）改善方法15图2－26fX＞fN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162．6拖动系统的传动机构拖动系统离不开传动结构2．6．1常见的传动机构2．6．2传动系统的折算１．传动比λ＝LMnnnL＝Mn根据输能量守恒的原则，有：9550MMnT＝9550LLnTLMTT＝MLnn＝1TL＝TM·λ2．转矩与转速的折算（1）折算的必要性图2－27常见的传动机构a）连轴器b）带轮c）齿轮d）减速箱e）螺杆与螺母17（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＝nM2）转矩的折算TL’＝LT3）飞轮力矩的折算（GDL2）’＝22LGD2．6．3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，带负载能力也加大10%。但这时的上限频率应加大为49.5Hz。图2－28电动机和负载的工作点18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λ＝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4～40Hz）计算如表2－3。表2－3提高下限频率的计算负载转速29.4r∕min～294r∕min原传动比λ=4电动机转速117.6r∕min～1176r∕min工作频率4Hz～40Hz修改传动比λ=6电动机转速176.4r∕min～1764r∕min工作频率6Hz～60Hz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λ＝５；电动机的容量为３.７ｋＷ。1．存在问题图2－29重物园周运动19起动较困难，升速时间太长。2．对策将传动比增大为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。2．7变频拖动系统的基本规律电动机的频率不变，就可以任意地变频调速么？2．7．1变频拖动系统必须满足的条件图2－30锯片磨床示意图201．电动机与负载的功率关系2．电动机与负载的转矩关系2．7．2拖动系统的重要规律与常见误区图2－31拖动系统的功率关系图2－32拖动系统的转矩关系211．电动机降速后的有效功率（1）规律一有效功率随转速下降（2）常见误区甩掉减速器2．负载升速后的有效功率（1）规律二负载消耗功率与转速的关系图2－33电动机的有效功率与转速a）拖动系统b）高速时的功率c）低速时的有效功率图2－34甩掉减速器22（2）误区1加大工作频率来提高生产率（3）误区2减小传动比来提高生产率3．电动机额定转矩与额定转速的关系（1）基本关系电动机的额定转矩与额定转速是：TMN＝MNMNnP9550∴在PMN相同的前提下，电动机额定转矩的大小与额定转速有关。以不同磁极对数的电动机为例，如表2－4所示。图2－35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）高速时的负载功率图2－36加大工作频率来提高生产率图2－37减小传动比来提高生产率23表2－4不同磁极对数电动机的额定转矩（75kW）磁极数（2p）额定转速（nMN）额定转矩（TMN）22970r∕min241N·m41480r∕min484N·m6980r∕min731N·m（2）误区1减少磁极对数以减小体积（2）误区2功率相符不等于带得动某排粉机，原来用三相整流子电动机，容量：160∕53.3kW，电流：285∕175A，转速：1050∕350r∕min。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）问题的关键电动机的额定转矩不符原电动机的额定转矩是：TMN0＝MNMNnP9550＝10501609550＝1455N·m改造后电动机的额定转矩是：TMN＝14801609550＝1032N·m（2）解决办法选用6极电动机：160kW，297A，980r∕minTMN＝9801609550＝1559N·m在1050r∕min时的工作频率：图2－38减少磁极对数a）原来为6极电动机b）改变为4极电动机24fX＝50×9801050＝53.6Hz在1050r∕min时的电动机转矩：TMX＝1559×6.5350＝1454N·m2．8变频器的选型按变频器规格中的“配用电动机容量”选择变频器有问题么？2．8．1变频器容量的选择1．电动机与变频器额定电流的比较表2－5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＝442.556.969.884.2102.5139.72ｐ＝644.659.572.085.4104.9142.42ｐ＝847.663.078.293.2112.1152.8变频器额定电流康沃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G752.065.080.097.0128.0165.0ABB－80055.072.086.0103.0141.0166.0瓦萨CX48.060.075.090.0110.0150.0丹佛士44.061.073.090.0106.0147.02．电动机工况与变频器的选择（1）电动机的温升图2－39电动机的发热与散热a）发热曲线b）冷却曲线25（2）连续不变负载（3）连续变动负载与断续负载（4）短时负载图2－40连续不变负载的容量选择图2－41连续变动负载与断续负载的容量选择a）连续变动负载b）断续负载图2－42短时负载的容量选择a）刨床的刀架与横梁b）短时负载的温升曲线263．一台变频器带多台电动机（1）电路图（2）多台电动机同时起动和运行IN＞1.05～1.1×ΣIMN（3）多台电动机分别起动IN＞211.1~05.1KIKISTMNIST─电动机的起动电流（为额定电流的5～7倍），A；ΣIST─同时起动电动机的总起动电流，A；K1─安全系数。如后起动电动机都从停止状态起动时，K1＝1.2；如后起动电动机有可能从自由制动状态下重新起动时