第二章電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載特性

1、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩難分離！第2章電動(dòng)機(jī)變頻后的帶負(fù)載特性21異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖21異步電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性211異步電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性1自然機(jī)械特性2機(jī)械特性的含義圖22機(jī)械特性的含義a）負(fù)載較輕b）對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)c）負(fù)載較重212異步電動(dòng)機(jī)的人工機(jī)械特性1轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的機(jī)械特性圖23轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的機(jī)械特性a）轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的電路b）機(jī)械特性圖24改變電壓的機(jī)械特性a）電路圖b）機(jī)械特性2改變電壓的機(jī)械特性圖25 fXfN時(shí)的機(jī)械特性a)變頻調(diào)速 b)變頻機(jī)械特性3改變頻率的機(jī)械特性（kU=kf）傳遞能量靠磁通！22VF控制方式221 低頻時(shí)臨界轉(zhuǎn)矩減小的原因與對(duì)策1基本關(guān)系（1）TMKTI21co

2、s2I2 I2NTKKT· 1（2）1KF·KF·KF·2和磁通有關(guān)的因素（在某一頻率下）（1）負(fù)載不變（I1CU1C）：U11U11（2）電壓不變I11I113變頻運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)舉例圖26低頻時(shí)臨界轉(zhuǎn)矩減頻運(yùn)行時(shí)的小的原因a）運(yùn)行頻率為50Hzb）運(yùn)行頻率為25Hz c）運(yùn)行頻率為10HzÙ1È1Ù1U1E1U13對(duì)策（電壓補(bǔ)償、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、轉(zhuǎn)矩提升）圖27電壓補(bǔ)償?shù)脑韆）電壓補(bǔ)償?shù)暮xb）25Hz時(shí)的補(bǔ)償量c）10Hz時(shí)的補(bǔ)償量圖28負(fù)載變化（減輕）對(duì)磁通的影響a）負(fù)荷率減輕至20%b）正常時(shí)勵(lì)磁電流c）飽和時(shí)勵(lì)磁電流4負(fù)

3、載變化的影響222 變頻器的Uf線圖29變頻器的Uf線a）Uf線類(lèi)型b）恒轉(zhuǎn)矩Uf線c）二次方律Uf線 23Uf線的選擇與調(diào)整231調(diào)整Uf線的實(shí)質(zhì)圖210基本頻率的定義a）基本Uf線b）變頻器的對(duì)應(yīng)關(guān)系c）電動(dòng)機(jī)的對(duì)應(yīng)關(guān)系1基本頻率2Uf線與輸出電壓圖211 Uf線與輸出電壓a）額頻時(shí)調(diào)整基本頻率b）低頻時(shí)調(diào)整Uf比232基本頻率的調(diào)整圖212220V電動(dòng)機(jī)配380V變頻器a）對(duì)基本頻率的設(shè)定b）變頻器與電動(dòng)機(jī)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 1三相220V電動(dòng)機(jī)配380V變頻器圖213270V、70Hz電動(dòng)機(jī)配380V變頻器a）對(duì)基本頻率的設(shè)定b）變頻器與電動(dòng)機(jī)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 2270V、70Hz電動(dòng)機(jī)配380V變

4、頻器233 轉(zhuǎn)矩提升的預(yù)置要點(diǎn)圖214帶式輸送機(jī)的Uf線a）負(fù)載示意圖b）負(fù)載機(jī)械特性c）Uf線的選擇1低頻重載時(shí)2低頻輕載時(shí)（1）補(bǔ)償后的電流轉(zhuǎn)矩曲線圖215轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后的電流轉(zhuǎn)矩曲線a）電壓補(bǔ)償線b）補(bǔ)償后的電流曲線圖216風(fēng)機(jī)的Uf線a）風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性b）Uf線的選擇（2）風(fēng)機(jī)的Uf線選擇圖217離心澆鑄機(jī)的Uf線選擇a）離心澆鑄機(jī)示意圖b）機(jī)械特性c）Uf線選擇（3）離心澆鑄機(jī)的Uf線選擇休息15分鐘24矢量控制方式變頻效顰賽“西施”！241矢量控制的基本思想圖218 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速a）直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖b）直流電動(dòng)機(jī)電路c）調(diào)速后機(jī)械特性1直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)圖219 矢量控制框圖2矢

5、量控制的基本思路242電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量（auto-tuning）1矢量控制需要的參數(shù)（1）電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電壓、電流、轉(zhuǎn)速、磁極對(duì)數(shù)、效率等。（2）電動(dòng)機(jī)的繞組數(shù)據(jù)定子電阻、定子漏磁電抗、轉(zhuǎn)子等效電阻、轉(zhuǎn)子等效漏磁電抗、空載電流等。圖220電動(dòng)機(jī)的空載和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)a）空載試驗(yàn)b）堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)2電動(dòng)機(jī)的空載和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)3自動(dòng)測(cè)量的相關(guān)功能表21自動(dòng)測(cè)量相關(guān)功能（安川CIMRG7A）功能碼功能含義數(shù)據(jù)碼及含義T100電動(dòng)機(jī)12選擇1：電動(dòng)機(jī)1；2：電動(dòng)機(jī)2T101自動(dòng)測(cè)量模式0：旋轉(zhuǎn)自測(cè)量；1：停止自測(cè)量T102電動(dòng)機(jī)額定功率T103電動(dòng)機(jī)額定電壓T104電動(dòng)機(jī)額定電流T105電動(dòng)機(jī)額定頻率T106電

6、動(dòng)機(jī)的磁極數(shù)T107電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速4自動(dòng)測(cè)量的操作（1）旋轉(zhuǎn)自測(cè)量（可進(jìn)行空載試驗(yàn)和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)）電動(dòng)機(jī)脫離負(fù)載。變頻器通電，按下RUN鍵，先讓電動(dòng)機(jī)停止1分鐘，再讓電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)1分鐘（轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的一半）。按下STOP鍵，中止自測(cè)量。（2）停止自測(cè)量（只進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)）電動(dòng)機(jī)不脫離負(fù)載。變頻器通電，按下RUN鍵，讓電動(dòng)機(jī)停止1分鐘。按下STOP鍵，中止自測(cè)量。243有反饋矢量控制和無(wú)反饋矢量控制圖221 有反饋矢量控制方式a）有反饋矢量控制電路圖b）機(jī)械特性曲線簇1有反饋矢量控制接法2相關(guān)功能表22有反饋矢量控制的相關(guān)功能（艾默生TD3000）功能碼功能碼名稱(chēng)數(shù)據(jù)碼及含義（或范圍）Fb00編碼器

7、每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)09999prFb01編碼器旋轉(zhuǎn)方向0正方向；1反方向Fb02編碼器斷線后處理方法0以自由制動(dòng)方式停機(jī)；1切換為開(kāi)環(huán)VF控制方式圖222無(wú)反饋矢量控制方式a）無(wú)反饋矢量控制示意圖b）機(jī)械特性曲線簇3無(wú)反饋矢量控制4矢量控制方式的適用范圍圖223不宜采用的場(chǎng)合a）帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)b）容量差兩檔以上c）8極以上d）特殊電機(jī)（1）矢量控制只能用于一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的情況下。（2）電動(dòng)機(jī)容量和變頻器要求的配用電動(dòng)機(jī)容量之間，最多只能相差一個(gè)檔次。（3）磁極數(shù)一般以、極為宜。（4）特殊電動(dòng)機(jī)不能使用矢量控制功能。有效范圍勿超越！25變頻調(diào)速的有效轉(zhuǎn)矩線251 有效轉(zhuǎn)矩線的概念圖224額定工作

8、點(diǎn)與有效工作點(diǎn)1額定工作點(diǎn)與有效工作點(diǎn)圖225 U時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線a）U時(shí)的Uf線b）有效轉(zhuǎn)矩線的形成c）有效轉(zhuǎn)矩線2U時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線低頻運(yùn)行易發(fā)燒252 電動(dòng)機(jī)變頻后的有效轉(zhuǎn)矩線圖226 散熱和有效轉(zhuǎn)矩線的關(guān)系a）各種損失與轉(zhuǎn)速的關(guān)系b）散熱系數(shù)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系c）低頻時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線1XN的有效轉(zhuǎn)矩線圖227有效轉(zhuǎn)矩線的改善a）改善前后的有效轉(zhuǎn)矩線b）外部強(qiáng)制冷卻c）變頻電動(dòng)機(jī)2有效轉(zhuǎn)矩線的改善高頻運(yùn)行力氣小3XN的有效轉(zhuǎn)矩線最大輸出電壓與功率不變U1XU1N，PMPMN圖228fXfN時(shí)的機(jī)械特性和全頻有效轉(zhuǎn)矩線a）額定頻率以上的機(jī)械特性b）全頻有效轉(zhuǎn)矩線fX比主磁通1電磁轉(zhuǎn)矩TMX休息15分鐘

9、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)勿小瞧！26拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)261傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其作用圖229 常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)a）連軸器b）帶輪c）減速齒輪常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2傳動(dòng)比及其作用nL根據(jù)輸能量守恒的原則，有：TLTM·262傳動(dòng)系統(tǒng)的折算折算的必要性 圖230 電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的工作點(diǎn)2折算的基本原則 穩(wěn)態(tài)過(guò)程：折算前后，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所傳遞的功率不變。動(dòng)態(tài)過(guò)程：折算前后，旋轉(zhuǎn)部分儲(chǔ)存的動(dòng)能不變。3折算公式（1）轉(zhuǎn)速的折算 nLnL·nM（2）轉(zhuǎn)矩的折算 TL（3）飛輪力矩的折算（GDL2）4傳動(dòng)比與工作頻率負(fù)載轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速工作頻率2962592148020.441184405148050表中：p

10、2nN1500148020rminfX263調(diào)整傳動(dòng)比在實(shí)際工作中的應(yīng)用實(shí)例1某電動(dòng)機(jī)，帶重物作園周運(yùn)動(dòng)，如圖所示。運(yùn)行時(shí)，到達(dá)A點(diǎn)后電動(dòng)機(jī)開(kāi)始過(guò)載，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)容易堵轉(zhuǎn)，怎樣解決？（上限頻率為45Hz）將傳動(dòng)比加大10%，則在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩相同的情況下，帶負(fù)載能力也加大10%。但這時(shí)的上限頻率應(yīng)加大為49.5Hz。 圖231重物園周運(yùn)動(dòng)實(shí)例2提高下限頻率某恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電動(dòng)機(jī)容量是22kW，額定轉(zhuǎn)速為1470rmin，傳動(dòng)比4，采用無(wú)反饋矢量控制變頻調(diào)速，在最低工作頻率（4Hz）時(shí)運(yùn)行不穩(wěn)定，怎樣解決？（滿載運(yùn)行頻率范圍為440 Hz）計(jì)算如表23。表23提高下限頻率的計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)速29.4rmin2

11、94rmin原傳動(dòng)比=4電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速117.6rmin1176rmin工作頻率4Hz40Hz修改傳動(dòng)比=6電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速176.4rmin1764rmin工作頻率6Hz60Hz實(shí)例3傳動(dòng)比與電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)某鋸片磨床，卡盤(pán)直徑為，傳動(dòng)比；電動(dòng)機(jī)的容量為.。1存在問(wèn)題圖232 鋸片磨床示意圖起動(dòng)較困難，升速時(shí)間太長(zhǎng)。2對(duì)策將傳動(dòng)比增大為7.5，可使折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩減小為原來(lái)的44%。結(jié)果，卡盤(pán)可以在5s內(nèi)起動(dòng)起來(lái)。能量守恒須牢記！27變頻拖動(dòng)系統(tǒng)的基本規(guī)律271 變頻拖動(dòng)系統(tǒng)必須滿足的條件圖233 拖動(dòng)系統(tǒng)的功率關(guān)系1電動(dòng)機(jī)與負(fù)載的功率關(guān)系圖234拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩關(guān)系2電動(dòng)機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩關(guān)系272

12、拖動(dòng)系統(tǒng)的重要規(guī)律與常見(jiàn)誤區(qū) 誤區(qū)一 甩掉減速器圖2-35 甩掉減速器1錯(cuò)誤原因電動(dòng)機(jī)降速后的有效功率要隨轉(zhuǎn)速下降圖236電動(dòng)機(jī)的有效功率與轉(zhuǎn)速a）拖動(dòng)系統(tǒng)b）高速時(shí)的功率c）低速時(shí)的有效功率圖237 甩掉減速器2具體分析 誤區(qū)二 加大工作頻率來(lái)提高生產(chǎn)率圖238加大工作頻率來(lái)提高生產(chǎn)率a）原工作狀態(tài) b）加大工作頻率1錯(cuò)誤原因負(fù)載升速后所需功率加大圖239負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系a）拖動(dòng)系統(tǒng)b）低速時(shí)的負(fù)載功率c）高速時(shí)的負(fù)載功率圖240 加大工作頻率來(lái)提高生產(chǎn)率a）原有數(shù)據(jù)碼 b）頻率加大后數(shù)據(jù)2具體分析拖動(dòng)還得比力氣！ 誤區(qū)三 功率相同就可以圖241 用4極電動(dòng)機(jī)代替6極電動(dòng)機(jī)a）6極電動(dòng)機(jī)

13、拖動(dòng) b）4極電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)錯(cuò)誤原因電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速的關(guān)系TMN表24不同磁極對(duì)數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩（75kW）磁極數(shù)（2p）額定轉(zhuǎn)速（nMN）額定轉(zhuǎn)矩（TMN）22970rmin241N·m41480 rmin484 N·m6980 rmin731 N·m綜合實(shí)例 某排粉機(jī)，原拖動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù):三相整流子電動(dòng)機(jī)額定功率: 160kW;額定電流：285A，工作電流：234A，負(fù)荷率：A0.82;額定轉(zhuǎn)速：1050350rmin; 傳動(dòng)比：2改造為普通電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)：電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)：160kW，275A，1480 rmin。運(yùn)行情況：轉(zhuǎn)速為1050rmin時(shí)，電動(dòng)機(jī)過(guò)載

14、，電流達(dá)316A。1原拖動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算數(shù)據(jù)額定轉(zhuǎn)矩TMN01455N·m負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL TMN0·A1455×0.821194 N·mTLTL· 1194×22388 N·m負(fù)載最高速 nLmax525 rmin最大功率PL131 kW2改造后拖動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算數(shù)據(jù)（1）工作頻率 fX35.7Hz（2）有效功率 PMEPMN·160·114 kW （3）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩TMN1032N·m圖242 改造前后的數(shù)據(jù)a）改造前的數(shù)據(jù) b）改造后的數(shù)據(jù)【解決辦法】方法一加大傳動(dòng)比 當(dāng)nM= nMN=1480 rm

15、in時(shí)PM= PMN=160kW 令：負(fù)載轉(zhuǎn)速等于最高轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于額定轉(zhuǎn)速：則2.8（1.4）TL 853N·mTMN（1032 N·m）電動(dòng)機(jī)的上限工作頻率等于額定頻率：fXfN50Hz圖243 加大傳動(dòng)比前后的數(shù)據(jù)a）改造前的數(shù)據(jù) b）加大傳動(dòng)比后的數(shù)據(jù)方法二改選6極電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)160kW，297A，980 rminTMN1559N·m在1050rmin時(shí)的工作頻率：fXfN×50×53.6Hz在1050rmin時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩：TMXTMN×1559×1454 N·m TL（1194 N

16、3;m）圖244 加大磁極對(duì)數(shù)前后的數(shù)據(jù)a）改造前的數(shù)據(jù) b）加大磁極對(duì)數(shù)后的數(shù)據(jù)電流大小最重要！28變頻器的選型281變頻器容量的選擇1變頻器的容量與電動(dòng)機(jī)特性圖245變頻器的容量與電動(dòng)機(jī)特性的關(guān)系a）變頻器容量正好b）變頻器容量加大2電動(dòng)機(jī)與變頻器額定電流的比較表25電動(dòng)機(jī)與變頻器額定電流的比較電動(dòng)機(jī)容量（W）22.030.037.045.055.075.0電動(dòng)機(jī)額定電流IMN（A）2242.256.970.483.9102.7140.12442.556.969.884.2102.5139.72644.659.572.085.4104.9142.42847.663.078.293.2112

17、.1152.8變頻器額定電流康沃45.060.075.091.0112.0150.0森蘭45.060.075.091.0115.0150.0英威騰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G752.065.080.097.0128.0165.0ABB80055.072.086.0103.0141.0166.0瓦薩CX48.060.075.090.0110.0150.0丹佛士44.061.07

18、3.090.0106.0147.03電動(dòng)機(jī)工況與變頻器的選擇圖246電動(dòng)機(jī)的工況a）連續(xù)不變負(fù)載b）連續(xù)變動(dòng)負(fù)載 c）斷續(xù)負(fù)載4一臺(tái)變頻器帶多臺(tái)電動(dòng)機(jī)圖247多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)升、降速（1）多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)起動(dòng)和運(yùn)行IN1. 051.1×IMN（2）多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別起動(dòng)圖248多臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別起、制動(dòng)IN282變頻器的類(lèi)別與選擇表26變頻器的類(lèi)別與應(yīng)用變頻器類(lèi)別常見(jiàn)型號(hào)舉例主要特點(diǎn)通用變頻器普通型康沃：CVFG1、G2森蘭：SB40、SB61安邦信：AMBG7英威騰：INVTG9時(shí)代：TVF2000只有VF控制方式，故：機(jī)械特性略“軟”；調(diào)速范圍較小；輕載時(shí)磁路容易飽和。高性能型康沃：CVFV1森蘭：SB80英威騰：CHV臺(tái)達(dá)：VFDA、B艾默生：VT3000富士：5000G11S安川：CIMRG7ABB：ACS800AB：Power Flex 700瓦薩：VACONNX丹佛士