D072(新12)第二章電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載特性

1、30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3機(jī)械特性與功率的關(guān)系圖23機(jī)械特性與能量的關(guān)系a）機(jī)械特性曲線b）能量圖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24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25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26 fXfN時(shí)的機(jī)械特性3改變頻率的機(jī)械特性22VF控制方式221VF控制的含義圖27低頻時(shí)臨界轉(zhuǎn)矩減小的原因a）額定頻率時(shí)b）電壓

2、和頻率都下降時(shí)1低頻時(shí)臨界轉(zhuǎn)矩減小的原因圖28電壓補(bǔ)償?shù)脑韆）電壓補(bǔ)償?shù)暮xb）電壓補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果2電壓補(bǔ)償（轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、轉(zhuǎn)矩提升） 圖29負(fù)載變化（減輕）的影響a）負(fù)載減輕的結(jié)果b）壓頻比可選3負(fù)載變化的影響222轉(zhuǎn)差補(bǔ)償圖210轉(zhuǎn)差補(bǔ)償a）自然機(jī)械特性b）轉(zhuǎn)差補(bǔ)償及其效果23Uf線的選擇與調(diào)整231基本頻率的調(diào)整圖211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基本頻率的定義2調(diào)整基本頻率實(shí)例圖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）220V電動(dòng)機(jī)配380V變頻器圖213270V、70Hz電動(dòng)機(jī)配380V變頻器 （

3、2）270V、70Hz電動(dòng)機(jī)配380V變頻器（3）降壓節(jié)能圖21450Hz大馬拉小車(chē)的節(jié)能a）大馬拉小車(chē)示意圖b）節(jié)能途徑c）加大基本頻率的情形232轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償后的電流變化規(guī)律圖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1補(bǔ)償后的電流轉(zhuǎn)矩曲線圖216電動(dòng)機(jī)的電流電壓曲線a）負(fù)載一定時(shí)的電流電壓曲線b）不同負(fù)載的電流電壓曲線2電動(dòng)機(jī)的電流電壓曲線233Uf線的選擇舉例 1低速時(shí)負(fù)載較輕圖217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低速時(shí)負(fù)載較重圖218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3低速輕載過(guò)電流舉例（1）變頻器從傳輸帶上拆下接至風(fēng)

4、機(jī)圖219變頻器從傳輸帶上拆下接至風(fēng)機(jī)a）變頻器接至傳輸帶b）變頻器接至風(fēng)機(jī)圖220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（2）離心澆鑄機(jī)24矢量控制方式241矢量控制的基本思想1直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)圖221 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2矢量控制的基本思路圖222 矢量控制框圖a）頻率給定b）控制框圖242電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量1矢量控制需要的參數(shù)（1）電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)通過(guò)功能預(yù)置輸入電壓、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)通過(guò)自動(dòng)測(cè)量輸入定子電阻、定子漏磁電抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子漏磁電抗、空載電流等。2自

5、動(dòng)測(cè)量的相關(guān)功能表21矢量控制相關(guān)功能（艾默生TD3000）功能碼功能含義數(shù)據(jù)碼及含義F1.00電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇0：異步電動(dòng)機(jī)F1.01電動(dòng)機(jī)額定功率F1.02電動(dòng)機(jī)額定電壓F1.03電動(dòng)機(jī)額定電流F1.04電動(dòng)機(jī)額定頻率F1.05電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速F1.09自測(cè)定保護(hù)0：禁止測(cè)定1：允許測(cè)定F1.10自測(cè)定進(jìn)行0：無(wú)操作1：?jiǎn)?dòng)測(cè)定2：?jiǎn)?dòng)測(cè)定宏當(dāng)F1.10預(yù)置為“1”時(shí)，按RUN鍵，變頻器即執(zhí)行自動(dòng)測(cè)定功能。當(dāng)F1.10預(yù)置為“2”時(shí)，變頻器的面板將自動(dòng)引導(dǎo)用戶(hù)逐一設(shè)置所需的參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)定。243有反饋矢量控制和無(wú)反饋矢量控制圖223 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

6、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224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（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。25變頻調(diào)速的有效轉(zhuǎn)矩

7、線251 有效轉(zhuǎn)矩線的概念圖225額定工作點(diǎn)與有效工作點(diǎn)1額定工作點(diǎn)與有效工作點(diǎn)圖226 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3有效轉(zhuǎn)矩線與工作點(diǎn)圖227 有效轉(zhuǎn)矩線與工作點(diǎn)a）工作點(diǎn)在有效轉(zhuǎn)矩線內(nèi)b）工作點(diǎn)在有效轉(zhuǎn)矩線外有效轉(zhuǎn)矩線是說(shuō)明電動(dòng)機(jī)允許工作范圍的曲線，而不是說(shuō)明電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的特性曲線。因此，不能在有效轉(zhuǎn)矩線上決定工作點(diǎn)。252 電動(dòng)機(jī)變頻后的有效轉(zhuǎn)矩線圖228 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2XN的有效轉(zhuǎn)矩線（1）XN時(shí)的特點(diǎn)輸出電壓不變U1XU1Nco

8、nstfX比主磁通1電磁轉(zhuǎn)矩TMX電動(dòng)機(jī)的最大輸入功率基本不變1X3U1NIcos1Xconst（2）XN時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線有效轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比： MEX 圖229fXfN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26拖動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖230 常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)a）連軸器b）帶輪c）齒輪d）減速箱e）螺桿與螺母261 常見(jiàn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)262傳動(dòng)系統(tǒng)的折算傳動(dòng)比nL 根據(jù)輸能量守恒的原則，有：TLTM·所以，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速以后，負(fù)載側(cè)的轉(zhuǎn)速比電動(dòng)機(jī)側(cè)減小了倍，而負(fù)載側(cè)所得到的轉(zhuǎn)矩則比電動(dòng)機(jī)側(cè)增大了倍。2轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的折算（1）折算的必要性 圖231 電動(dòng)機(jī)和

9、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）263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232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1470

10、rmin，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29.4rmin294rmin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233 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)

11、起動(dòng)起來(lái)。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)的功率關(guān)系2電動(dòng)機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩關(guān)系圖235拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩關(guān)系272拖動(dòng)系統(tǒng)的幾個(gè)重要規(guī)律1電動(dòng)機(jī)的有效功率與轉(zhuǎn)速圖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2負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速圖237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3電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速是：TMN在PMN相同的前提下，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的大小與額定轉(zhuǎn)速有關(guān)。以不同磁極對(duì)數(shù)的電動(dòng)機(jī)為例，如表24所示。表24不同磁極對(duì)數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩（

12、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·m4負(fù)載的折算轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)比圖238負(fù)載的折算轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)比a）傳動(dòng)比為4b）傳動(dòng)比為6273常見(jiàn)誤區(qū)舉例1甩掉減速器圖239 甩掉減速器2加大工作頻率來(lái)提高生產(chǎn)率圖240 加大工作頻率來(lái)提高生產(chǎn)率3減小傳動(dòng)比來(lái)提高生產(chǎn)率圖241減小傳動(dòng)比來(lái)提高生產(chǎn)率圖242減少磁極對(duì)數(shù)a）原來(lái)為6極電動(dòng)機(jī)b）改變?yōu)?極電動(dòng)機(jī)4減少磁極對(duì)數(shù)以減小體積273變頻調(diào)速取代其他調(diào)速電動(dòng)機(jī)1直流電動(dòng)機(jī)（1）變頻調(diào)速系統(tǒng)的容量額定轉(zhuǎn)速與異步電

13、動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速相等滿足PMNPM0即可。例：某直流電動(dòng)機(jī)：PMN07.5kW；nMN01500rminTMN047.75N·m用異步電動(dòng)機(jī)取代時(shí)：PMN7.5kW；nMN1440rminTMN49.74N·m工作頻率：052Hz圖243變頻調(diào)速取代直流電動(dòng)機(jī)a）直流電動(dòng)機(jī)b）兩種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性c）異步電動(dòng)機(jī)（2）變頻器的選擇直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速特點(diǎn)：機(jī)械特性硬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、調(diào)速范圍寬。應(yīng)選用具有“有反饋矢量控制”功能的高性能變頻器。圖244電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)a）電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理b）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)（滑差電動(dòng)機(jī)） 主要特點(diǎn)：（1）軸上的輸出額定功率約為拖動(dòng)電

14、動(dòng)機(jī)的80%：PMN0.8PMNO（2）最高轉(zhuǎn)速約為拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的80%：nmax0.8nMNO（3）輸出軸的額定轉(zhuǎn)矩與拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩基本相等：TMNTMNO（4）調(diào)速范圍不大：nmaxnmin10；對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的要求也不高。選擇通用變頻器的“VF控制”方式即可。取代時(shí)的核心問(wèn)題PLPMN如PMNPMNO則大馬拉小車(chē)。實(shí)例：某帶式輸送機(jī)，原用電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，輸出軸的最大功率為6.2kW；拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)和功率為7.5kW。轉(zhuǎn)速范圍為1250250rmin，電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率0.85。改用變頻調(diào)速時(shí)，如何決定電動(dòng)機(jī)容量？轉(zhuǎn)矩計(jì)算原電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩：TMNO47.4N·m負(fù)載的折算轉(zhuǎn)矩為

15、：TL47.4×0.8540.3N·m方案1選7.5kW、1440 rmin的電動(dòng)機(jī)則：TMN149.7N·mTL工作頻率范圍：43.48.7 Hz變頻器容量：PN17.5kW試探方案2選5.5kW、970 rmin的電動(dòng)機(jī)則：TMN254 N·mTL工作頻率范圍：64.412.8 Hz最高頻率的轉(zhuǎn)矩校核：TMH54×42 N·mTL變頻器容量：PN25.5kW3三相整流子電動(dòng)機(jī)某排粉機(jī)，原來(lái)用三相整流子電動(dòng)機(jī)，容量：16053.3kW，電流：285175A，轉(zhuǎn)速：1050350rmin。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，14