變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)

變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)《變頻器原理與應用（第2版）》第7章第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.1.2三相異步電動機的機械特性機械特性是指電動機在運行時，其轉速與電磁轉矩之間的關系，即

n＝f(T)。

三相異步電動機的機械特性曲線如圖7-1所示。

圖7-1三相異步電動機的機械特性曲線第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章

1．起動轉矩Tst

在n=0(s=1)，T=Tst點，這點的轉矩稱為起動轉矩Tst，也稱為堵轉轉矩。當電動機的負載轉矩大于Tst時，電動機將不能起動。

2．額定轉矩TN

在n=nN(s=sN)，T=TN點，這點的轉矩稱為額定轉矩TN。當電動機工作在額定轉矩TN時，sN通常在0.02～0.06之間，轉速在很小的范圍內(nèi)變化時，轉矩即可在很大的范圍內(nèi)變化，即工作于額定轉矩TN時，電動機具有很硬的機械特性。第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章

3．最大轉矩TM

在n=nL(s=sL)，T=TM點，這點的轉矩稱為最大轉矩TM。TM的大小象征著電動機的過載能力，用過載倍數(shù)λ表示，λ＝TM／TN。在任何情況下，電動機的負載轉矩都不能大于TM，否則電動機轉速將急劇下降，致使電動機堵轉停止，因此，這一點稱為臨界轉速點。臨界轉速nL的大小決定了L點的上下位置，從而反映了機械特性的硬度。第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.1.3三相異步電動機的起動

起動時定子電流Ist也很大，一般會達到額定電流IN的4～7倍，除了小容量的三相異步電動機能直接起動外，一般要采取不同的方法起動，變頻器用降低頻率f1從而也降低了U1的方法來起動電動機。如圖7-2所示為低頻起動時電動機的機械特性曲線。圖7-2低頻起動時電動機的機械特性曲線第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.1.4三相異步電動機的制動電動機的制動狀態(tài)是指電磁轉矩T與轉速n方向相反的狀態(tài)。

1．直流制動電動機制動時，切斷電動機的三相電源，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)直流制動的原理b)直流制動的機械特性曲線圖7-3直流制動的原理與機械特性第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章

2．回饋制動由于某些原因，當n＞n1時，轉子切割旋轉磁場的方向和電動運行狀態(tài)n＜n1正好相反，轉子中感應電動勢和電流的方向也相反，電磁轉矩T也就和n反向，為制動轉矩?；仞佒苿邮菍⑤S上的機械能轉換成電能，回饋給電源。圖7-4回饋制動的機械特性曲線第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.2異步電動機的調(diào)速方式

7.2.1異步電動機的調(diào)速

1．調(diào)速與速度改變

1）調(diào)速是在負載沒有改變的情況下，根據(jù)生產(chǎn)過程需要人為地強制性地改變拖動系統(tǒng)的轉速。

2）速度改變速度改變是由于負載的變化而引起拖動系統(tǒng)的轉速改變。

第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章

2.調(diào)速指標

1）調(diào)速范圍指電動機在額定負載時所能達到的最高轉速nLmax與最低轉速nLmin之比，即

(7-4)2)調(diào)速的平滑性是指相鄰兩級轉速的接近程度。

3）調(diào)速特性①

靜態(tài)特性主要是指調(diào)速后機械特性的硬度。工程上常用靜差度δ來表示

(7-5)②

動態(tài)特性指過渡過程中的性能。第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.2.2異步電動機的調(diào)速方式1.變極調(diào)速三相異步電動機的變極調(diào)速屬于有級調(diào)速，通過改變磁極對數(shù)p得到。2.變轉差率調(diào)速變轉差率調(diào)速一般適用于繞線型異步電動機或轉差電動機。具體的實現(xiàn)方法很多，比如：轉子串電阻的串級調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、電磁轉差離合器調(diào)速等。變頻率調(diào)速第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.3對不同負載類型變頻器的選擇在電力拖動系統(tǒng)中，存在著兩個主要轉矩，一個是生產(chǎn)機械的負載轉矩TL，一個是電動機的電磁轉矩T。這兩個轉矩與轉速之間的關系分別叫做負載的機械特性n＝f(TL)和電動機的機械特性n＝f(T)。由于電動機和生產(chǎn)機械是緊密相連的，它們的機械特性必須適當配合，才能得到良好的工作狀態(tài)。第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.3.1恒轉矩負載變頻器的選擇

1.恒轉矩負載特性恒轉矩負載是指那些負載轉矩的大小，僅僅取決于負載的輕重，而和轉速大小無關的負載。帶式輸送機和起重機械都是恒轉矩負載的典型例子。

a)b)

圖7-8恒轉矩負載的機械特性和功率特性

a)機械特性b)功率特性第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章

2.恒轉矩負載的基本特點

1)恒轉矩由于F和r都和轉速的快慢無關，所以在調(diào)節(jié)轉速nL的過程中負載的阻轉矩TL保持不變，即具有恒轉矩的特點：

TL＝常數(shù)

2)負載功率與轉速成正比根據(jù)負載的機械功率PL和轉矩TL、轉速nL之間的關系，有：

(7-12)3.恒轉矩負載下變頻器的選擇

1）依據(jù)調(diào)速范圍。

2）依據(jù)負載轉矩的變動范圍。

3）考慮負載對機械特性的要求。第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.3.2恒功率負載變頻器的選擇

恒功率負載是指負載轉矩TL的大小與轉速n成反比，而其功率基本維持不變的負載。恒功率調(diào)速的兩成含義：（1）恒功率的轉矩-轉矩特性指的是負載在速度變化時需要電動機提供的功率為恒定，比如1）運輸機械在運輸重載時速度慢，輕載時速度快。無論是高速還是低速，所需動力不變.

（2）電動機具有輸出恒功率能力。當電動機電壓隨頻率增加時的情況。

總結：異步電動機變壓變頻調(diào)速時，通常在基頻以下采用恒轉矩調(diào)速，基頻以上時采用恒功率調(diào)速。

第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.3.2恒功率負載變頻器的選擇a）機械特性b)功率特性圖7-10恒功率負載的機械特性和功率特性第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章恒功率負載的特點

（1）功率恒定恒功率負載的力F必須保持恒定，且線速度v保持恒定。所以，在不同的轉速下，負載的功率基本恒定：

PL=Fv＝常數(shù)（2）負載阻轉矩的大小與轉速成反比負載阻轉矩的大小決定于：

TL=Fr(7-13)式中F——卷取物的張力；

r——卷取物的卷取半徑。根據(jù)負載的機械功率PL和轉矩PL、轉速nL之間的關系，有：

(7-14)即，負載阻轉矩的大小與轉速成反比。第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章

2.恒功率負載變頻器的選擇對恒功率負載，一般可選擇通用型的，采用V/f控制方式的變頻器。但對于動態(tài)性能有較高要求的卷取機械，則必須采用具有矢量控制功能的變頻器。第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.3.3二次方律負載變頻器的選擇二次方律負載是指轉矩與速度的二次方成正比例變化的負載，例如：風扇、風機、泵、螺旋槳等機械的負載轉矩，機械特性和功率特性如圖7-12所示。

a)機械特性b)功率特性圖7-12二次方律負載的特性第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章1.二次方律負載的特點二次方律負載機械在低速時由于流體的流速低，所以負載轉矩很小，隨著電動機轉速的增加，流速增快，負載轉矩和功率也越來越大，負載轉矩TL和功率PL可用下式表示：

(7-15)(7-16)

式中T0、P0——分別為電動機軸上的轉矩損耗和功率損耗；

KT、KP——分別為二次方律負載的轉矩常數(shù)和功率常數(shù)第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章2.二次方律負載變頻器的選擇可以選用“風機、水泵用變頻器”。這是因為：1)風機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％，1min)。因此在進行功能預置時必須注意。由于負載轉矩與轉速的平方成正比，當工作頻率高于額定頻率時，負載的轉矩有可能大大超過變頻器額定轉矩，使電動機過載。所以，其最高工作頻率不得超過額定頻率。2)配置了進行多臺控制的切換功能。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，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.3.4直線律負載變頻器的選擇

軋鋼機和輾壓機等都是直線負載。

1.直線律負載及其特性

(1)轉矩特點。負載阻轉矩TL與轉速nL成正比：

(7-17)(2)功率特點。負載的功率PL與轉速nL的二次方成正比。（7-18）

式中，和——直線律負載的轉矩常數(shù)和功率常數(shù)。

第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章其機械特性曲線如圖7-13所示。

a)輾壓機示意圖b)機械特性c)功率特性圖7-13直線律負載及其特性第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章

2．變頻器的選擇直線律負載的機械特性雖然也有典型意義．但在考慮變頻器時的基本要點與二次方律負載相同，故不作為典型負載來討論。第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章7.3.5特殊性負載變頻器的選擇大部分金屬切削機床屬于混合特殊性負載。

1．混合特殊性負載及其特性金屬切削機床中的低速段，由于工件的最大加工半徑和允許的最大切削力相同，故具有恒轉矩性質；而在高速段，由于受到機械強度的限制，將保持切削功率不變，屬于恒功率性質。第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一《變頻器原理與應用（第2版）》第7章特殊性負載機械特性和功率特性則如圖7-14所示。

a)機械特性