知己知彼说变频.doc

28 第二讲 知己知彼说变频 一．基本关系要牢记 （一）能量守恒是根本 图２－１ 拖动系统的功率 １．拖动系统的最基本条件 ＰMN≥ＰL ２．调速电动机的特点 （１）电动机的输出转矩不能增大 ∵ＴM＝ＫTＩMΦcosφ 电流大了要“发烧”，磁通大了要饱和。 ∴ＴM≯ＴMN （２）在额定转速以下，有效输出功率随转速而下降 如果 ｎMX↓ 图２－２ 电动机调速的特点 必有ＰME＝↓ ３．某些违反能量守恒的想法 图２－３ 能量失衡的实例１ （１）能否不要减速器，直接通过变频器降速 图２－４ 能量失衡的实例２ （２）为了提高生产效率，能否通过提高频率来实现 （一）能量守恒是基本 （二）能否拖动转矩争 图２－５ 带动负载比转矩 （一）能量守恒是基本（二）能否拖动转矩争 （三）运行还要看温升 图２－６ 负载变化和散热 一．基本关系要牢记 二．负载条件是上帝 （一）转矩变化看特性 图２－７ 恒转矩负载示例 １． 恒转矩负载 ＴL＝Ｆｒ Ｆ──磨擦力，ｒ──滚轮半径，都和ｎL无关。 ＰL＝ＴLｎL∕９５５０∝ｎL 特点ＴL＝ｃｏｎｓｔ ＰL＝ＫPｎL 图２－８ 恒功率负载示例 ２． 恒功率负载 ＴL＝Ｆｒ Ｆ──薄膜张力，要求恒定；ｖ──薄膜线速度，也要求恒定。 ｒ──卷取半径。 随着ｒ越卷越大 （１）∵Ｆ恒定，∴ＴL增大；（２）∵ｖ恒定，∴ｎL必减小。 特点ＰL＝ｃｏｎｓｔ ＴL＝ＫT（ＰL /ｎL）＝ＫT（１/ｎL） 图２－９ 二次方律负载示例 （ａ）卷取机械 （ｂ）机械特性 （ｃ）功率特性 ３． 二次方律负载 特点 ＴL＝ＫTｎL2 ＰL＝ＴLｎL∕９５５０ ＝ＫTｎL2ｎL∕９５５０ ＝ＫPｎL3 ４．混合特性负载 图２－１０ 混合特性负载 （ａ）车的机械特性 （ｂ）龙门刨床的机械特性 混合型机械特性主要见于各类金属切削机床中。特点 （１）低速段阻转矩由切削力构成，具有恒转矩特性； （２）高速段受床身机械强度的限制，只能恒功率调速。 （一）转矩变化看特性 （二）发热要由工况定 图２－１１ 电动机的温升曲线 电动机的温升曲线 图中 θN──额定状态下的稳定温升； τ──发热时间常数。 曲线①──实际温升曲线； 曲线②──不散热情况下的温升曲线。 根据负载工况的不同，电动机的温升特点也不相同，一般说来，可分为 １．连续负载 如图２－９所示 图２－１３ 连续负载 ２．断续负载和短时负载 图２－１５ 短时负载举例 图２－１４ 非连续负载 （ａ）断续负载 （ｂ）短时负载 短时负载举例 一．基本关系要牢记二．负载条件是上帝 三．变频本领须有底 （一）能力须瞧有效线 图２－１６ 电动机的有效工作点 １．有效转矩线的定义 图２－１７ ｋU＝ｋf时的有效转矩线 把不同频率下的有效工作点联接起来，便得到异步电动机在变频调速时的有效转矩线，如图２－１６所示。 图２－１８ 有效转矩线与工作点 有效转矩线只表明拖动系统能够正常运行的工作范围，拖动系统的工作点通常不在有效转矩线上，如图２－１８所示。 （一）能力须瞧有效线 （二）低频散热是关键 图２－１９ 完全补偿的有效转矩线 １．完全补偿的有效转矩线 图２－２０ 功耗与散热对有效转矩线的影响 ２．功耗与散热 图２－２１ 实际有效转矩线 ３．实际有效转矩线 （一）能力须瞧有效线（二）低频散热是关键 （三）高频功率不能变 ∵当ƒX＞ƒN时，ＵX＝ＵN＝ｃｏｎｓｔ ∴Ｐ1X＝３ＵNＩNｃｏｓφ1≈ＰN＝ｃｏｎｓｔ 图２－２２ 额频以上的有效转矩线 一．基本关系要牢记二．负载条件是上帝 三．变频本领须有底 四．传动机构细算计 （一）机械功率要传递 图２－２３ 常见的传动机构 传动比λ＝ｎM∕ｎL （一）机械功率要传递 （二）能量守恒须牢记 ＰM＝ＴMｎM∕９５５０；ＰL＝ＴLｎL∕９５５０ ＰM≈ＰL ｎL＝ｎM∕λ ＴL＝ＴMλ 可见，经传动机构减速后 （１）负载侧的转速下降， （２）但转矩增大。 图２－２４ 电动机和负载的工作点 （一）机械功率要传递（二）能量守恒须牢记 （三）折算为了坐标系 图中，电动机的工作点Ｑ1（３５，１５００） 负载的工作点Ｑ2（１４０，３７５） 折算公式 ｎL’＝ｎL λ＝ｎM ＴL’＝ＴL∕λ （ＧＤ2）’＝（ＧＤ2）∕λ2 物理意义 经传动机构减速后 （１）电动机轴上的负载减轻； （２）电动机轴上的飞轮力矩大为减小。 （一）机械功率要传递（二）能量守恒须牢记 （三）折算为了坐标系 （四）遇事常想传动比 １．传动比与电动机的容量实例某负载ＴL＝８９Ｎｍ；ｎL＝３７５ｒ∕ｍｉｎ；ＰL＝３.５ｋＷ。 电动机２ｐ＝４；ｎMN≈ｎM0＝１５００ｒ∕ｍｉｎ，ｓ≈０。 λ＝１ （１）电动机的转速 因为λ＝１，所以 ｎMX＝ｎL＝３７５ｒ∕ｍｉｎ 因ｐ＝２、ｓ≈０，故工作频率 ƒX＝＝１２.５Ｈｚ （２）电动机的转矩 因为λ＝１，所以ＴMN＝ＴL＝８９Ｎｍ （３）电动机的容量 图２－２４ λ＝１ ＰMN＝＝１３.９８ｋＷ 选用ＰMN＝１５ｋＷ的电动机。 （４）说明１５ｋＷ的电动机运行在１２.５Ｈｚ时，其输出功率只有３.７５ｋＷ。 λ＝２ （１）电动机的转速 因为λ＝２，所以 ｎMX＝ｎL’＝３７５２＝７５０ｒ∕ｍｉｎ 工作频率 因为 图２－２５ λ＝２ ｐ＝２、ｓ≈０，所以 ƒX＝＝２５Ｈｚ （２）电动机的转矩因为λ＝２，所以 ＴMN＝ＴL’＝８９∕２＝４４.５Ｎｍ （３）电动机的容量 ＰMN＝＝７.０ｋＷ 选用ＰMN＝７.５ｋＷ的电动机。 （４）说明 ７.５ｋＷ的电动机运行在２５Ｈｚ时，其输出功率只有３.７５ｋＷ。 λ＝４ （１）电动机的转速 因为λ＝４，所以 ｎMX＝ｎL’＝３７５４＝１５００ｒ∕ｍｉｎ＝ｎMN 明显的是，因为电动机的转速等于额定转速，所以，其工作频率也必等于额定频率 ƒX＝ƒN＝５０Ｈｚ （２）电动机的转矩因为λ＝４，所以 ＴMN＝ＴL’＝８９∕４＝２２.２５Ｎｍ （３）电动机的容量 ＰMN＝＝３.５ｋＷ 图２－２６ λ＝４ 选用ＰMN＝３.７ｋＷ的电动机。 ２．传动比与电动机的起动 某锯片磨床，卡盘直径达２ｍ。 图２－２７ 锯片磨床示意图 传动比为λ＝５，电动机的容量为３.７ｋＷ。 存在问题 起动较困难。 起动困难的原因卡盘的飞轮力矩（ＧＤ2）太大。 解决办法将传动比增大为λ＝７.５。 将传动比增大后，卡盘可以在５ｓ内起动起来。 一．基本关系要牢记二．负载条件是上帝 三．变频本领须有底四．传动机构细算计 五．选用变频要仔细 （一）变频影响应有数 １．对电流的影响 有关资料表明，同为５０Ｈｚ、输出额定转矩时，变频时的电流约增大（５～１０）％。 图２－２８ 变频对磁路的影响 （ａ）工频运行 （ｂ）运行在１０Ｈｚ ２．对磁路的影响 ３．对发热的影响 ４．对效率和功率因数的影响 （１）对效率的影响 与工频运行相比，同样工作在５０Ｈｚ下，变频时电动机的效率略低。 （２）对功率因数的影响 电动机的功率因数也略有下降。 ５．对电机绝缘的影响 普通电动机在进行变频调速时，绝缘较易击穿。 （一）变频影响应有数 （二）专用电机有建树 １．加强散热 风扇设置在电动机外部，并直接与３８０Ｖ相接。 ２．加强槽绝缘 使槽绝缘能足够抵御电压脉冲的冲击。 ３．增大了电磁负荷 使磁路不易饱和。 （一）变频影响应有数（二）专用电机有建树 （三）品牌繁多要有谱 图２－２９ 变频器的类别与特点 （一）变频影响应有数（二）专用电机有建树 （三）品牌繁多要有谱 （四）选择原则须评估 １．容量选择 （１）风机、水泵按说明书的配用电动机容量选择。 （２）恒转矩与恒功率负载如运行中经常过载者，应考虑加大变频器的容量。 ２．型号选择（专用者除外） （１）对机械特性及调速范围要求不高者，尽量采用一般通用系列。 （２）对机械特性及调速范围要求较高者，应选用具有矢量控制功能的变频器，一般情况下，尽量采用无反馈矢量控制即可。 （３）对动态响应有较高要求者，选用有反馈矢量控制模式。 ３．品牌选择 （１）一般情况下，尽量选用国产变频器，有利于维修。 （２）对于一旦发生故障，造成重大损失甚至可能对人生安全构成威胁者，则应选择高品牌变频器。