S120單傳培訓(xùn)第1章電氣傳動系統(tǒng)的組成

1、第1章 電氣傳動系統(tǒng)的組成一、 電動機的基本知識1.1異步交流電動機是怎樣轉(zhuǎn)起來的?異步交流電動機分定子和轉(zhuǎn)子兩個部分；定子的鐵心里放置的是三相繞組，把三相交流電通到三相繞組，就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；轉(zhuǎn)子繞組因切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流,轉(zhuǎn)子電流又和旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。1.2異步交流電機的銘牌參數(shù) 1電機型號YTSP112M-4YTSP:電機型號；112M：機座號；4：4極電機 2電機額定功率 4kW 3電機額定電壓 380V 4電機額定電流 9A 5電機額定頻率 50Hz 6 電機接線方法 Y形 7定額 S1電機工作制：S1連續(xù)工作制 8電機額定轉(zhuǎn)矩電

2、機額定轉(zhuǎn)速25.4 N.m1437r/min 9恒轉(zhuǎn)矩范圍恒功率范圍3-50Hz50-100Hz電機的運行方式 10絕緣等級F 11防護等級IP44 12電機重量44kg型號：表示電動機的系列品種、性能、防護結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)子類型等產(chǎn)品代號；電機額定功率：表示額定運行時電動機軸上輸出的額定機械功率，單位KW或HP，1HP=0.736KW；電機額定電壓：直接到定子繞組上的線電壓（V），電機有Y形和形兩種接法，其接法應(yīng)與電機銘牌規(guī)定的接法相符，以保證與額定電壓相適應(yīng)； 電機額定電流：電動機在額定電壓和額定頻率下，并輸出額定功率時定子繞組的三相線電流 ；電機額定頻率：指電動機所接交流電源的頻率，我國規(guī)定

3、為50HZ±1 電機額定轉(zhuǎn)速：電動機在額定電壓、額定頻率、額定負載下，電動機每分鐘的轉(zhuǎn)速（r/min）；電機額定轉(zhuǎn)矩：在額定電壓下、額定負載下，電動機轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T（N.m)。工作定額：指電動機運行的持續(xù)時間 ；絕緣等級：電動機絕緣材料的等級，決定電機的允許溫升。 表3：電動機常用絕緣材料的等級級別極限工作溫度級別極限工作溫度級別極限工作溫度級別極限工作溫度 E120 B130 F155 H180 額定負載（額定狀態(tài)）：可以這樣理解，就是電機輸出軸所連接的機械負載和電機標牌標定的輸出功率相同（負載功率=電機額定功率），這樣的負載，稱為額定負載。或也可以這樣理解：給電機加上額定

4、電壓，能夠使電機的電流為額定電流的負載就是額定負載。1.3電機學(xué)里面的幾個重要公式： 定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，常稱為同步轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差成為轉(zhuǎn)差(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速始終低于同步轉(zhuǎn)速)；轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比，稱為轉(zhuǎn)差率。 電機轉(zhuǎn)速：n=（其中n是轉(zhuǎn)速r/min；=50Hz；s是轉(zhuǎn)差率,p是極對數(shù)。）電磁轉(zhuǎn)矩:T =（T是電磁轉(zhuǎn)矩；P是電機功率；n是電機轉(zhuǎn)速）電機功率:P = 1.732*U*I*COS 表1：不同磁極對數(shù)電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差與轉(zhuǎn)差率極對數(shù) 極數(shù)同步轉(zhuǎn)速 電機轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差率 p 2p n0 n s 備注（kW） 1 2 3000 2900 100 0.0335.57.5 2930 70

5、 0.0231118.5 2970 30 0.0145160 2 4 1500 1460 40 0.0271115 1470 30 0.0218.530 1480 20 0.01337315 3 6 1000 960 40 0.0435.5 970 30 0.037.530 980 20 0.0237250 4 8 750 720 30 0.0447.5 730 20 0.0271130 740 10 0.01337200電動機的容量（額定功率）中，包含著轉(zhuǎn)速的因素。所以容量相同的電動機，其額定轉(zhuǎn)矩因磁極對數(shù)的不同而各異。 表2：不同磁極對數(shù)的75kW電動機的額定轉(zhuǎn)矩磁極對數(shù)磁極數(shù)同步轉(zhuǎn)速（r

6、/min )額定轉(zhuǎn)速（r/min)額定轉(zhuǎn)矩（N.m) 1 2 3000 2970 241 2 4 1500 1480 484 3 6 1000 980 731 4 8 750 740 9681.4齒輪箱的作用（為什么不能隨便甩掉齒輪箱）假設(shè)電動機數(shù)據(jù):7.5kW,1440r/min,15.4A ；實測電流12.3A。實際負荷率：=0.8電機額定轉(zhuǎn)矩為T=50（N.m)齒輪箱的傳動比= 5，故負載轉(zhuǎn)速為nL =288(r/min)；根據(jù)能量守恒原理，=，則負載軸上得到的轉(zhuǎn)矩為TL0 =TM=TM=50*5=250（N .m)負載的實際轉(zhuǎn)矩為TL=0.8*250=200（N .m)從上面可以看出:

7、齒輪減速箱在降低輸出軸轉(zhuǎn)速的同時，把輸出軸上的轉(zhuǎn)矩放大了。能否拖動負載的關(guān)鍵，要看電磁轉(zhuǎn)矩的大小。電磁轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩：負載加速運行；電磁轉(zhuǎn)矩=負載轉(zhuǎn)矩： 負載恒速運行；電磁轉(zhuǎn)矩< 負載轉(zhuǎn)矩: 負載減速運行。1.5異步電機的機械特性： 在電力拖動里，描繪電動機帶負載能力的是機械特性曲線。所謂帶得動，就是說電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服負載阻轉(zhuǎn)矩以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。三相異步電動機的機械特性是指在電動機定子電壓、頻率以及繞組參數(shù)一定的條件下，電動機電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。所以機械特性的函數(shù)關(guān)系是n=（T），橫坐標是轉(zhuǎn)矩，縱坐標是轉(zhuǎn)速。 機械特性有硬和軟之分，負載轉(zhuǎn)矩增大后，轉(zhuǎn)速下降較少者，稱為硬機

8、械特性；轉(zhuǎn)速下降較多者，稱為軟機械特性。1.6什么是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式？電機恒功率和恒轉(zhuǎn)矩都是用在電機調(diào)速中的性能指標。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是指電機高速、低速時輸出轉(zhuǎn)矩一樣大，即高速時輸出功率大，低速時輸出功率小。恒功率調(diào)速是指電機低速時輸出轉(zhuǎn)矩大，高速時輸出轉(zhuǎn)矩小，即輸出功率是一定的。 我們再來看，3-50Hz是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50-100Hz是恒功率調(diào)速，那么60Hz運行時，此頻率下的輸出轉(zhuǎn)矩要比50Hz小。1.7電動機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)以及什么是四象線運行？A 電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)： 電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)的特點是電動機轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同，機械特性落在第一和第三象限；電動狀態(tài)時，電動機從電網(wǎng)吸收電能，轉(zhuǎn)

9、換成機械能帶動負載。B 制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)： 若電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，電動機處于制動狀態(tài)，工作在第二和第四象限；而在制動運行中，根據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的不同情況，又可分為回饋制動、反接制動和能耗制動等。1.8電動機的冷卻方式 常見的電機冷卻方式有：自然冷卻，強迫風(fēng)冷，風(fēng)風(fēng)冷，風(fēng)水冷，水冷，IC411,IC416,IC816等，其表征什么意思。1.9電動機的工作制度 連續(xù)工作制S1；短時工作制S2；斷續(xù)周期工作制S3；包括起動的斷續(xù)周期工作制S4；包括電 制動的斷續(xù)周期工作制S5；連續(xù)周期工作制S6；包括電制動的連續(xù)周期工作制S7；包括變速負載的連續(xù)周期工作制S8；負載與轉(zhuǎn)速非周期變化工作制S9。異步交流

10、電機的接線:分三角形和星形接法。1.10電動機燒毀的原因及對策2 電氣傳動系統(tǒng)中的負載特性2.1什么是恒轉(zhuǎn)矩負載？ 舉個例子來說，恒轉(zhuǎn)矩負載的典型例子是帶式輸煤機。 當電動機拖動生產(chǎn)機械旋轉(zhuǎn)時，生產(chǎn)機械總會產(chǎn)生阻礙旋轉(zhuǎn)的阻轉(zhuǎn)矩。對帶式輸煤機來說，阻礙傳輸帶運動的是傳輸帶與滾輪之間的摩擦力，而作用半徑就是滾輪的半徑。所以，傳輸帶的阻轉(zhuǎn)矩是TL=F*r式中 TL是負載轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)是傳輸帶與滾輪的摩擦力，r是滾輪的半徑。 機械特性是指轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，從物理學(xué)得知，摩擦力F是和轉(zhuǎn)速的快慢沒有關(guān)系的，滾輪的半徑r更是不變的常數(shù)。所以負載的阻轉(zhuǎn)矩是不隨轉(zhuǎn)速而改變的，故稱為恒轉(zhuǎn)矩機械特性，具有恒轉(zhuǎn)矩機械特

11、性的負載就稱為恒轉(zhuǎn)矩負載。 這里必須強調(diào)的是，所謂恒轉(zhuǎn)矩，指的是負載轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速而改變，但不等于負載轉(zhuǎn)矩的大小永遠不變。例如，如果傳送帶上的煤多一點，負載轉(zhuǎn)矩當然會大一些，但那不是轉(zhuǎn)速變化的結(jié)果。恒轉(zhuǎn)矩負載實施變頻調(diào)速時應(yīng)注意的問題:最主要的是低頻運行的問題。2.2 恒功率負載2.3 平方負載(風(fēng)機,水泵類負載)3 變頻器基本知識3.1主回路（1） 整流部分：三相整流橋，一上電，直流母線就有電壓。（2） 直流環(huán)節(jié)：濾波電容（電容成組），還有限流電阻與短路開關(guān)。（3） 逆變部分：IGBT功率管，反并聯(lián)續(xù)流二極管。（4） 制動單元和制動電阻以及回饋單元：多用于制動，快速停車。3.2 控制回路（1）

12、 電壓電流檢測回路；用于檢測和比較計算。（2） 開關(guān)電源；提供電子板電源和驅(qū)動板電源以及控制電源。開關(guān)電源的進線可以來自變頻器的進線，也可以來自直流母線。也就是電源板。（3） 驅(qū)動回路；驅(qū)動IGBT。電源板和驅(qū)動板經(jīng)常在一塊板上，也稱電源驅(qū)動板。（4） 過電流過電壓保護回路；主要指IGBT的過流過壓保護，還有過溫保護。（5） 主控板； 變頻器的核心控制單元，也就是CPU所在的板子。（6） 在主控板上有如下端子和接口：A 開關(guān)量輸入端子；一般用于啟停命令，方向，多段速，故障復(fù)位，急停，變頻器使能，外部故障，手自動等。B 開關(guān)量輸出端子；一般用于變頻器準備好、運行、故障、抱閘控制等。C 模擬量輸入

13、端子；一般用于速度給定，有時也用于轉(zhuǎn)矩給定，或其它數(shù)據(jù)給定。D 模擬量輸出端子；一般用于電機實際速度（頻率）、電機實際電流等。E 操作面板；對S120來說，有兩種操作面板BOP20 和AOP30。F 通訊接口（RS232；profibus-DP接口；profinet RJ45口），一般用于調(diào)試變頻器，或經(jīng)常使用通訊控制變頻器。（7)可以插在主控板上的選件板（不是標配的，具體看說明書）3.3 其他部件（1）散熱器；由于整流管和IGBT都是功率管，將工作產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。（2）溫度傳感器；檢測散熱器的溫度，確保模塊工作在允許的溫度下。（3）風(fēng)扇：配合散熱器，將變頻器內(nèi)部的熱量帶走。3.4變頻器的

14、額定數(shù)據(jù) 變頻器的型號： 6SL3210-1SE22-5UA0 變頻器輸入側(cè)：（1） 額定輸入電壓：給變頻器供電的額定工作電壓，各國家不完全一樣，在我們國家380AC 50Hz。（2） 電壓允許波動： 限制變頻器的最高和最低工作電壓，避免損壞變頻器。當電壓超過最高值時變頻器并沒有保護能力。（3） 頻率波動范圍： 50/60Hz±5。 變頻器輸出側(cè)： （1） 額定輸出電壓：變頻器的最大輸出電壓，由額定工作電壓決定。（2） 額定電流：變頻器能夠長期輸出的最大電流。（3） 過載能力：變頻器的輸出電流允許超過額定電流的倍數(shù)和時間。（4） 最大輸出頻率：變頻器能夠輸出的最大工作頻率。（5） 頻

15、率精度：輸出頻率的準確度（相對于設(shè)定頻率）（6） 頻率分辯率：指給定運行頻率的最小改變量 防護等級 IP20(不防水） 3.5變頻器外圍設(shè)備（1） 變頻器進線：斷路器、進線電抗器、進線濾波器、進線接觸器，直流電抗器（2） 變頻器出線：輸出電抗器、輸出濾波器3.6 常用變頻器的結(jié)構(gòu)兩種：（1） 第一種：整流單元和逆變單元合在一起，就是單傳動變頻器；（2） 第二種：整流單元和逆變單元分開，就是多傳動變頻器。3.7變頻器的控制方式（1） V/F控制方式（電壓/頻率控制方式），也稱為恒磁通控制方式，但實際上并不能真正保持磁通不變。（磁通發(fā)生變化會怎樣？）什么是V/F控制方式？V/f控制就是保證輸出電壓

16、跟頻率成正比的控制，這樣可以使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。 異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機、泵類節(jié)能型變頻器。轉(zhuǎn)矩補償。變頻器采用V/F控制方式時，對電機參數(shù)依賴不大，一般強調(diào)“空載電流”的大小。由于采用矢量化的V/F控制方式，故做電機參數(shù)靜止自整定還是有必要的。由于V/F控制方式下，低頻時帶載能力差，因此可以采

17、用“轉(zhuǎn)矩提升”功能，提高啟動轉(zhuǎn)矩。（2） 矢量控制方式性能優(yōu)良，可以與直流調(diào)速媲美。模仿直流電機的控制方法，采用矢量坐標變換來實現(xiàn)對異步電機定子勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，保持電機磁通的恒定，進而達到良好的轉(zhuǎn)矩控制性能，實現(xiàn)高性能控制。（小孫學(xué)變頻，照片68-73頁）矢量控制方式：分為矢量開環(huán)和矢量閉環(huán)。不帶編碼器測速的控制方式稱為矢量開環(huán)；帶編碼器測速的控制方式稱為矢量閉環(huán)。 矢量控制還分為速度控制和轉(zhuǎn)矩控制。 無反饋矢量控制在很低頻率下運行時，有時不夠穩(wěn)定。（比如高爐探尺采用交流變頻器控制時，必須采用帶編碼器反饋的矢量閉環(huán)控制。） 因為矢量控制需要根據(jù)電動機的參數(shù)進行等效變換，故

18、使用前必須進行電動機參數(shù)的自動測量。同時，凡無法準確測定電動機參數(shù)的場合，矢量控制均不適用。（3）直接轉(zhuǎn)矩控制方式 直接轉(zhuǎn)矩控制實際上是利用電子技術(shù)的快速性對電動機進行時通時斷的控制方式，它比矢量控制簡捷而快速，故動態(tài)相應(yīng)能力好。（4）三種控制方式的優(yōu)缺點比較。3.8 變頻器的自動測量（也有叫自學(xué)習(xí)功能、自整定功能）（1） 銘牌數(shù)據(jù)。就是電動機銘牌上標明的額定數(shù)據(jù)。變頻器需要的數(shù)據(jù)主要有：額定容量、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定效率等。（2）等效電路數(shù)據(jù)。主要有：定子繞組的電阻和漏磁電抗，轉(zhuǎn)子等效電路的電阻和漏磁電抗，以及空載電流等。 在電機學(xué)里，異步電動機只要做兩個實驗：空載實驗和堵轉(zhuǎn)試

19、驗，就可以把所有數(shù)據(jù)都計算出來。A空載試驗（旋轉(zhuǎn)測量）。就是電動機加額定電壓，讓電動機空轉(zhuǎn)，測量出空載電壓U0和空載電流I0 。B 堵轉(zhuǎn)試驗（也叫短路試驗）（靜止測量）。把電動機的轉(zhuǎn)子抱住，定子繞組上施加（15%25%）UN的低電壓。測量短路電壓Uk和短路電流Ik 。根據(jù)這幾個數(shù)據(jù)，就可以把所有參數(shù)都計算出來。優(yōu)化的順序如下（所有的變頻器的都差不多）A 使電動機脫離負載；（如果脫不開，參考說明書）B 輸入電動機的額定數(shù)據(jù)；C 選擇“控制方式”（一般針對矢量控制）D 進行“靜止自動測量”和“旋轉(zhuǎn)自動測量”注意：不同的控制方式，優(yōu)化的步驟也不一樣，必須參考說明書。3.9 變頻器的基本功能 簡單來說

20、，變頻器就是用來啟動電動機，改變電動機的速度和轉(zhuǎn)矩，停止電動機。（一）啟動過程：（1）討論啟動方式 從啟動頻率啟動：（注意：啟動頻率不一定是0 Hz,通常都是0 Hz） 變頻器輸出由0直接變化為啟動頻率對應(yīng)的交流電壓，而后在此基礎(chǔ)上按照加速曲線逐步提高輸出頻率和輸出電壓直到設(shè)定頻率到達。 注：啟動頻率不宜過大，否則會造成啟動沖擊或過流。先制動后從啟動頻率再啟動： 變頻器先給電機通脈沖直流，使電機保持在停止狀態(tài)，然后再按照從啟動頻率方式直接啟動。 注：一般應(yīng)用在負載初始狀態(tài)不確定的場合，比如有些風(fēng)機風(fēng)葉不穩(wěn)定，在自然風(fēng)下可能轉(zhuǎn)動，此時可先直流制動再啟動。轉(zhuǎn)速跟蹤啟動： 直接將正在自由旋轉(zhuǎn)的電機或

21、負載由當前速度驅(qū)動到預(yù)定速度 注：非常適用于水泵的工頻變頻切換或重要設(shè)備的異常停機后的快速恢復(fù)?？偨Y(jié)：按照加速曲線，直接從啟動頻率升到所需的頻率； 先制動，再啟動；按照加速曲線，升到所需頻率； 采用轉(zhuǎn)速跟蹤啟動，按照加速曲線，升到所需頻率。（通常，都是按照加速曲線，從0Hz升到所需的頻率，即給定頻率。）（2） 加速曲線是啥樣的？加速曲線有三種：第一，就是我們經(jīng)常用到的“線性的加速曲線”從0 Hz升到最大頻率的線性曲線。（通常情況下，電機額定頻率就是最大頻率。）第二 S曲線；第三 半S曲線； （3）加速時間：從0Hz升到最大頻率所需要的時間，就是加速時間。（二）調(diào)速過程：速度給定發(fā)生變化，或負載

22、突然變化，都會影響轉(zhuǎn)速變化，由于變頻器內(nèi)部是的調(diào)節(jié)，會重新達到一個平衡。正常情況下，電機實際轉(zhuǎn)速都會達到給定的轉(zhuǎn)速或頻率。在調(diào)速的過程中，為了保證負載的正常運行，都不能超過最大速度和最大的扭矩，因此在變頻器中我們要設(shè)定“速度限幅”和“轉(zhuǎn)矩限幅”，由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都有方向性。因此通常正向最大速度為100%,反向最大速度為100%；正向最大轉(zhuǎn)矩為100%,反向最大轉(zhuǎn)矩為100%。 整個調(diào)速過程，按“V/F”控制方式或“矢量”控制方式進行。（三）停車過程： （1）討論停車方式 減速停車：變頻器接到停止命令后按照減速時間對應(yīng)曲線逐漸減小輸出頻率，到0后停機。注：這種方式最常用，當直流母線電壓過高時會自動

23、啟動能耗制動，此時需配置制動單元，否則會報減速過電壓。 自由停車：變頻器接到運行停止命令后，立刻中止輸出，負載靠自然阻力停止。 注：變頻器故障時的停車方式就是自由停車。 減速直流制動停車：變頻器接到運行停止命令后，按照減速時間對應(yīng)曲線逐漸減少輸出頻率，當?shù)竭_某一預(yù)設(shè)頻率，即開始直流制動（通脈沖直流）停車，防止電機爬行。注：對于大慣量負載或有定位要求的場合非常適用。（2）減速曲線是啥樣的？減速曲線有三種：第一，就是我們經(jīng)常用到的“線性的減速曲線”從最大頻率降到0Hz的線性曲線。（通常情況下，電機額定頻率就是最大頻率。）第二 S曲線；第三 半S曲線；（3）減速時間：從最大頻率降到0Hz所需要的時間，就是減速時間。（4）我們更關(guān)心的是啟動命令、停止命令、方向命令、速度給定是怎么來的？ 那么啟停命令怎么來呢？電機可以正反向命令怎么來呢？對于風(fēng)機，水泵類負載，只能朝1個方向運轉(zhuǎn)，因此啟動命令就帶有方向，若啟動之后，方向不對，那就把電機兩相線調(diào)換下即可。對于風(fēng)機水泵類負載，啟停命令有兩種接法：兩線制接法（實際上就是啟動和停止命令是一根信號線，為啟動，0為停止，那么當設(shè)備運行時，要求啟動命令一直有）；三線制