变频器培训

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――――――――――――――――――――――――――――――――――电动机的机械特性：描绘电磁转矩和转速之间关系的曲线。自然机械特性：在不改变任何参数时的机械特性。理想空载点：阻转矩和损耗转矩都等于0时的工作点。起动点：刚合上电源，尚未起转时的工作点。临界点：产生最大转矩的工作点。机械特性说明的问题：从电动机的角度看，转速降低，产生的电磁转矩将增大。22．拖动系统的工作点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――――――――――――――――――――――――――――――――――负载的机械特性：描绘负载的阻转矩与转速之间关系的曲线（曲线②）。拖动系统工作点：电动机机械特性（曲线①）与负载机械特性（曲线②）的交点。负载增大的过程：TL↑→TM＜TL→nM↓→TM↑→TM＝TL→在已经降低了的转速下达到新的平衡。拖动系统的观察结果：负载转矩增加，拖动系统的转速将有所下降。图2－3机械特性的“硬”与“软”a）硬特性b）软特性―――――――――――――――――――――――――――――――――――硬特性：负载变化时，转速的变化不大。软特性：负载变化时，转速的变化较大。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――――――――――――――――――――――――――――――――――特点：临界转矩不变，临界转速下降，起动转矩增大。优点：有利于起动。缺点：机械特性变软。图2－5改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性――――――――――――――――――――――――――――――――――特点：临界转速不变，临界转矩减小，起动转矩减小。优点：可平滑起动。缺点：不利于起动。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――――――――――――――――――――――――――――――――――理想空载点：随频率的减小而下移。临界转矩：略有减小。机械特性硬度：基本不变。优点：可平滑调速。缺点：低频时带负载能力略有减小。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――――――――――――――――――――――――――――――――――――（1）电磁转矩总是和负载转矩（包括损耗转矩）相平衡的。（2）电磁转矩正比于转子电流和磁通的乘积。（3）电流是不允许超过额定电流的。（4）临界转矩与磁通成正比。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低频时临界转矩减小的原因a）运行频率为50Hzb）运行频率为25Hzc）运行频率为10Hz――――――――――――――――――――――――――――――――――低频时运行特点变频器的输出电压：随频率的减小而下降。电动机的阻抗压降：如负载不变，则阻抗压降也基本不变。反电动势：有所减小。磁通：有所减小。临界转矩：有所减小。72．3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．转矩提升后的U∕f线图2－10转矩提升量的定义a）基本U∕f线b）转矩提升量――――――――――――――――――――――――――――――――――基本U∕f线：kU＝kf时的U∕f线。基本频率：与最大输出电压对应的频率。转矩提升量：UC%＝NCUU×100%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――――――――――――――――――――――――――――――――――转矩提升的基本思想：低频时适当补偿电压，使反电动势保持不变。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――――――――――――――――――――――――――――――――――第一步：预置U∕f线类别。第二步：预置转矩提升量。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――――――――――――――――――――――――――――――――――变频器的输出电压：只和频率有关，与负载无关。阻抗压降：负载减小时，阻抗压降也随之减小。反电动势：负载减小时，将有所增加。磁通：负载减小时，将有所增加，甚至可使磁路饱和，励磁电流产生尖峰波。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――――――――――――――――――――――――――――――――――第一步：作出所需U∕f线。第二步：作出近似折线。第三步：预置近似折线各拐点的坐标。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―――――――――――――――――――――――――――――――――二次方律负载预置范围：0.1～0.9（0.9对应于10%）。一次方律负载预置范围：1.0～1.9（1.9对应于10%）。恒转矩负载预置范围：2.0～20.0（20.0对应于10%）。104．自动转矩提升2．3．3关于预置转矩提升功能的讨论1．转矩提升量的初定（1）满负荷时的最大提升量为：UC%＝10%（2）测量负载在运行过程中的最大负荷率：ξmax%＝MNTTmax×100%≈MNIImax×100%（3）转矩提升量约为：UC%＝10%×ξmax%＝0.1ξmax%（4）根据运行情况进行调整。图2－15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――――――――――――――――――――――――――――――――――――手动提升特点：提升量预置后，不同频率时的补偿量也就确定。自动提升特点：不论频率多大，每次自动搜索的增量都相同。优点：起动转矩大。缺点：容易引起振荡。112．提升不足2．提升过分（1）提升过分时的IM＝f（TL）曲线图2－17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―――――――――――――――――――――――――――――――――转矩提升量过大的现象负荷较重时：磁路未饱和，转矩电流居主导地位，负载轻，电流小。负荷较轻时：磁路饱和，励磁电流居主导地位，负载越轻，电流越大。图2－16塑料挤出机―――――――――――――――――――――――――――――――――――转矩提升不足：磁通小于额定磁通，故电流大于额定电流。增大提升量：磁通接近于额定磁通，电流接近于工频运行电流。12（2）提升过分的实例之一（3）提升过分的实例之二图2－18转矩提升预置过分a）风机的机械特性b）U／f线的预置――――――――――――――――――――――――――――――――――针对二次方律负载：低频运行时负荷率很低，应进行负补偿。图2－19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――――――――――――――――――――――――――――――――――40Hz以下：浇铸机处于轻载状态，不必补偿。40Hz以上：浇铸机虽然处于重载状态，因已接近于基本频率，也不必补偿。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―――――――――――――――――――――――――――――――――通过增大基本频率，使与50Hz对应的电压为220V。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――――――――――――――――――――――――――――――――――第一步：作出所需基本U∕f线OA。第二步：延长OA至B，B点对应380V。第三步：算出与B点对应的基本频率。152．电源电压与基本频率图2－22电源电压与基本频率a）电源电压偏低b）降压节能――――――――――――――――――――――――――――――――――电源电压偏低：为了保证额定磁通和转矩，应降低基本频率。额频时降压节能：“大马拉小车”时，适当加大基本频率，可减小与50Hz对应的电压，实现降压节能。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2－23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―――――――――――――――――――――――――――――――――直流电动机的特点：（1）有两个互相垂直的磁场。（2）两个电路互相独立。图2－24矢量控制框图―――――――――――――――――――――――――――――――――第一步：将给定信号分解成两个互相垂直的磁场信号。第二步：通过一系列等效变换，得到三相旋转磁场信号。实现：（1）转子磁通和主磁通互相垂直；（2）主磁通保持不变。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2－26电动机的空载和堵转试验a）空载试验b）堵转试验――――――――――――――――――――――――――――――――――空载试验：电动机脱离负载并空转，测量空载电流。电动机不能脱离负载时，空载电流按40%IMN估算。堵转试验：电动机处于堵转状态，适当降低电压，测量短路电压和电流。图2－25矢量控制所需参数a）铭牌数据b）等效电路参数――――――――――――――――――――――――――――――――――――铭牌数据：额定容量、额定电压、额定电流、额定转速、效率等。等效电路参数：定子绕组的电阻和漏磁电抗；转子等效电路的电阻和漏磁电抗，空载电流。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2－27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―――――――――――