變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)

1、變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng) 變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章第1頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即 nf (T )。 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線如圖7-1所示。 圖7-1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線第2頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章 1起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst 在n = 0 (s=1)，T = Tst點(diǎn)，這點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，也稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于Tst時(shí)，電動(dòng)機(jī)將不能起動(dòng)。 2額定轉(zhuǎn)

2、矩TN 在n = nN (s= sN)，T = TN點(diǎn)，這點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩TN。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)矩TN時(shí)，sN通常在0.020.06之間，轉(zhuǎn)速在很小的范圍內(nèi)變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩即可在很大的范圍內(nèi)變化，即工作于額定轉(zhuǎn)矩TN時(shí)，電動(dòng)機(jī)具有很硬的機(jī)械特性。第3頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章 3最大轉(zhuǎn)矩TM 在n = n L (s= s L)，T = TM點(diǎn)，這點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩稱為最大轉(zhuǎn)矩TM。TM的大小象征著電動(dòng)機(jī)的過載能力，用過載倍數(shù)表示，TMTN。在任何情況下，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不能大于TM，否則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將急劇下降，致使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)停止，因此，這一

3、點(diǎn)稱為臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)。臨界轉(zhuǎn)速nL的大小決定了L點(diǎn)的上下位置，從而反映了機(jī)械特性的硬度。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.1.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 起動(dòng)時(shí)定子電流Ist也很大，一般會(huì)達(dá)到額定電流IN的47倍，除了小容量的三相異步電動(dòng)機(jī)能直接起動(dòng)外，一般要采取不同的方法起動(dòng)，變頻器用降低頻率f1從而也降低了U1的方法來起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。如圖7-2所示為低頻起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。 圖7-2 低頻起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線第5頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.1.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的制

4、動(dòng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)是指電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反的狀態(tài)。 1直流制動(dòng) 電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，切斷電動(dòng)機(jī)的三相電源，在定子繞組中通入直流電，產(chǎn)生一恒定磁場，如圖7-3所示。 a) 直流制動(dòng)的原理 b)直流制動(dòng)的機(jī)械特性曲線 圖7-3 直流制動(dòng)的原理與機(jī)械特性 第6頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章 2回饋制動(dòng) 由于某些原因，當(dāng)nn1時(shí)，轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向和電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)nn1正好相反，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢和電流的方向也相反，電磁轉(zhuǎn)矩T也就和n反向，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?；仞佒苿?dòng)是將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，回饋給電源。 圖7-4 回饋制動(dòng)的機(jī)械特性曲線 第7頁，共2

5、8頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.2 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式 7.2.1 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 1調(diào)速與速度改變 1）調(diào)速 是在負(fù)載沒有改變的情況下，根據(jù)生產(chǎn)過程需要人為地強(qiáng)制性地改變拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。 2）速度改變 速度改變是由于負(fù)載的變化而引起拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速改變。 第8頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章 2. 調(diào)速指標(biāo) 1）調(diào)速范圍 指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速nLmax與最低轉(zhuǎn)速nLmin之比，即 (7-4) 2) 調(diào)速的平滑性 是指相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速的接近程度。 3）調(diào)速特性 靜態(tài)特性 主要

6、是指調(diào)速后機(jī)械特性的硬度。工程上常用靜差度來表示 (7-5) 動(dòng)態(tài)特性 指過渡過程中的性能。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.2.2 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式1.變極調(diào)速 三相異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速，通過改變磁極對(duì)數(shù)p得到 。2.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一般適用于繞線型異步電動(dòng)機(jī)或轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)。具體的實(shí)現(xiàn)方法很多，比如：轉(zhuǎn)子串電阻的串級(jí)調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等。 變頻率調(diào)速第10頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.3 對(duì)不同負(fù)載類型變頻器的選擇 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，

7、存在著兩個(gè)主要轉(zhuǎn)矩，一個(gè)是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，一個(gè)是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系分別叫做負(fù)載的機(jī)械特性nf (TL)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性nf (T)。由于電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械是緊密相連的，它們的機(jī)械特性必須適當(dāng)配合，才能得到良好的工作狀態(tài)。 第11頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.3.1 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻器的選擇 1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指那些負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負(fù)載的輕重，而和轉(zhuǎn)速大小無關(guān)的負(fù)載。帶式輸送機(jī)和起重機(jī)械都是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的典型例子。 a) b) 圖7-8 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的機(jī)械特性和功率特性 a) 機(jī)械特

8、性 b) 功率特性第12頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章 2. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的基本特點(diǎn) 1) 恒轉(zhuǎn)矩 由于F和r都和轉(zhuǎn)速的快慢無關(guān)，所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速nL的過程中負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL保持不變，即具有恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)： TL 常數(shù) 2) 負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比 根據(jù)負(fù)載的機(jī)械功率PL和轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系，有： (7-12) 3. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下變頻器的選擇 1）依據(jù)調(diào)速范圍。 2）依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)范圍 。 3）考慮負(fù)載對(duì)機(jī)械特性的要求。 第13頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.3.2 恒功率負(fù)

9、載變頻器的選擇 恒功率負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n成反比，而其功率基本維持不變的負(fù)載。恒功率調(diào)速的兩成含義： （1） 恒功率的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)矩特性指的是負(fù)載在速度變化時(shí)需要電動(dòng)機(jī)提供的功率為恒定，比如 1）運(yùn)輸機(jī)械在運(yùn)輸重載時(shí)速度慢，輕載時(shí)速度快。無論是高速還是低速，所需動(dòng)力不變. （2）電動(dòng)機(jī)具有輸出恒功率能力。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電壓隨頻率增加時(shí)的情況。 總結(jié)：異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速時(shí)，通常在基頻以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上時(shí)采用恒功率調(diào)速。 第14頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.3.2 恒功率負(fù)載變頻器的選擇 a）機(jī)械特性 b)功率特性 圖7

10、-10 恒功率負(fù)載的機(jī)械特性和功率特性第15頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章恒功率負(fù)載的特點(diǎn) （1）功率恒定 恒功率負(fù)載的力F必須保持恒定，且線速度v保持恒定。所以，在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的功率基本恒定： PL = F v常數(shù) （2）負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比 負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小決定于： TL = F r (7-13)式中 F 卷取物的張力； r 卷取物的卷取半徑。 根據(jù)負(fù)載的機(jī)械功率PL和轉(zhuǎn)矩PL、轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系，有： (7-14)即，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比。第16頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與

11、應(yīng)用（第2版）第7章 2. 恒功率負(fù)載變頻器的選擇 對(duì)恒功率負(fù)載，一般可選擇通用型的，采用V/f控制方式的變頻器。但對(duì)于動(dòng)態(tài)性能有較高要求的卷取機(jī)械，則必須采用具有矢量控制功能的變頻器。第17頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.3.3 二次方律負(fù)載變頻器的選擇 二次方律負(fù)載是指轉(zhuǎn)矩與速度的二次方成正比例變化的負(fù)載，例如：風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、泵、螺旋槳等機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，機(jī)械特性和功率特性如圖7-12所示。 a)機(jī)械特性 b)功率特性 圖7-12 二次方律負(fù)載的特性 第18頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）

12、第7章1. 二次方律負(fù)載的特點(diǎn) 二次方律負(fù)載機(jī)械在低速時(shí)由于流體的流速低，所以負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，流速增快，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率也越來越大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和功率PL可用下式表示： (7-15) (7-16) 式中 T 0、P 0 分別為電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗和功率損耗； KT、KP 分別為二次方律負(fù)載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)第19頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章2. 二次方律負(fù)載變頻器的選擇可以選用“風(fēng)機(jī)、水泵用變頻器”。這是因?yàn)椋?) 風(fēng)機(jī)和水泵一般不容易過載，所以，這類變頻器的過載能力較低。為120，1min (通用變頻器為150，1

13、min)。因此在進(jìn)行功能預(yù)置時(shí)必須注意。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于額定頻率時(shí)，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩有可能大大超過變頻器額定轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)過載。所以，其最高工作頻率不得超過額定頻率。2) 配置了進(jìn)行多臺(tái)控制的切換功能。3) 配置了一些其他專用的控制功能，如“睡眠”與“喚醒”功能、PID調(diào)節(jié)功能。第20頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.3.4 直線律負(fù)載變頻器的選擇 軋鋼機(jī)和輾壓機(jī)等都是直線負(fù)載。 1. 直線律負(fù)載及其特性 (1) 轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)。負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速nL成正比： (7-17) (2) 功率特點(diǎn)。負(fù)載的功率PL與轉(zhuǎn)速nL的

14、二次方成正比。 （7-18） 式中， 和 直線律負(fù)載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)。 第21頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章其機(jī)械特性曲線如圖7-13所示。 a) 輾壓機(jī)示意圖 b) 機(jī)械特性 c) 功率特性 圖7-13 直線律負(fù)載及其特性 第22頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章 2變頻器的選擇 直線律負(fù)載的機(jī)械特性雖然也有典型意義但在考慮變頻器時(shí)的基本要點(diǎn)與二次方律負(fù)載相同，故不作為典型負(fù)載來討論。第23頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章7.3

15、.5 特殊性負(fù)載變頻器的選擇 大部分金屬切削機(jī)床屬于混合特殊性負(fù)載。 1混合特殊性負(fù)載及其特性 金屬切削機(jī)床中的低速段，由于工件的最大加工半徑和允許的最大切削力相同，故具有恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)；而在高速段，由于受到機(jī)械強(qiáng)度的限制，將保持切削功率不變，屬于恒功率性質(zhì)。第24頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章特殊性負(fù)載機(jī)械特性和功率特性則如圖7-14所示。 a) 機(jī)械特性 b) 功率特性 圖7-14 混合負(fù)載的機(jī)械特性和功能特性 第25頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章 2變頻器的選擇 金屬切削機(jī)床除了在切削加工毛坯時(shí)，負(fù)載大小有較大變化外，其他切削加工過程中，負(fù)載的變化通常是很小的。就切削精度而言，選擇Vf 控制方式能夠滿足要求。但從節(jié)能角度看并不理想。 矢量變頻器在無反饋矢量控制方式下，已經(jīng)能夠在05Hz時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，完全可以滿足要求。而且無反饋矢量控制方式能夠克服Vf控制方式的缺點(diǎn)。 當(dāng)機(jī)床對(duì)加工精度有特殊要求時(shí)，才考慮有反饋矢量控制方式。第26頁，共28頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)0分，星期二變頻器原理與應(yīng)用（第2版）第7章本 章 小 結(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為： 可見改變f1