電機(jī)與變頻器演示文稿

電機(jī)與變頻器演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)電機(jī)與變頻器目前二頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)培訓(xùn)目的 讓大家懂得電動(dòng)機(jī)和變頻原理有助于我們變頻器業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)。目前三頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)原理

目前四頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)二部分組成定子固定不動(dòng)部分，固定在電動(dòng)機(jī)的機(jī)座上；由定子鐵心和繞組組成，鐵心由沖有線槽的矽鋼片疊壓而成，而繞組均勻地分布在鐵心的槽內(nèi)；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分，固定在旋轉(zhuǎn)軸上有鼠籠式和繞線式兩類轉(zhuǎn)子；由轉(zhuǎn)子鐵心和導(dǎo)體或繞組組成，鼠籠式轉(zhuǎn)子采用鑄鋁澆注而成，繞線式則由漆包繞組和滑環(huán)形成。接線盒外殼定子及繞組轉(zhuǎn)子絕緣目前五頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)磁場(chǎng)的建立定子三相繞組通過三相對(duì)稱交流電時(shí)，在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，稱為同步速度；n=60f/p其中，f為交流電源頻率，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)磁場(chǎng)的幅值大小與流過定子的磁場(chǎng)電流成正比SN目前六頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的條件轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由于導(dǎo)體兩側(cè)的短路環(huán)，形成了感應(yīng)電流（右手定律）通電的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生電磁力，從而形成力矩（左手定律）值得注意的是，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的必需條件包括轉(zhuǎn)子與定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一定要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是要有一定的異步滑差當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出的力矩為零導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力情況——左手定律目前七頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)轉(zhuǎn)子電流和滑差轉(zhuǎn)子電流的頻率與轉(zhuǎn)子切割定子磁場(chǎng)的相對(duì)速度有關(guān)轉(zhuǎn)子的速度與定子的極數(shù)和頻率有關(guān)例如：定子電流頻率50Hz，轉(zhuǎn)子的速度有可能為1500rpm或3000rpm，取決于定子的極數(shù)為4極或2極滑差——定子頻率與轉(zhuǎn)子實(shí)際速度之差如果定子磁場(chǎng)速度為1500rpm，而轉(zhuǎn)子實(shí)際速度為1460rpm，所以存在著40rpm的滑差，也可以百分比表示，即2.7%。轉(zhuǎn)子達(dá)到同步速時(shí)，滑差為0；轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)，滑差為1。目前八頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)轉(zhuǎn)矩與定子極對(duì)數(shù)定子極數(shù)較為常用的有2，4，6，8等，其中4極最為普遍。下表為每相極數(shù)與單位功率產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩關(guān)系目前九頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)電動(dòng)機(jī)加速過程定子通電轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)前，滑差為1，導(dǎo)體與定子磁場(chǎng)相對(duì)速度最大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)很高，產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)也很高；（A點(diǎn)）轉(zhuǎn)子從靜止不斷加速，滑差減少，相應(yīng)轉(zhuǎn)子電勢(shì)和電流也隨之降低；（B-C-D-E）當(dāng)接近同步速時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割較少的磁力線，感應(yīng)磁場(chǎng)也較弱；轉(zhuǎn)子的速度根據(jù)需要多大相對(duì)滑差保證一定的磁場(chǎng)切割來維持轉(zhuǎn)子不停地轉(zhuǎn)動(dòng)；ABCDEF滿負(fù)荷目前十頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)高頻轉(zhuǎn)子電流對(duì)電動(dòng)機(jī)性能影響轉(zhuǎn)子也存在電阻和電感在零速時(shí)，由于電感引起的電抗在轉(zhuǎn)子總的阻抗的80%左右，引起轉(zhuǎn)子電流滯后轉(zhuǎn)子電壓近70-80度，造成轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)漂移，對(duì)定子磁場(chǎng)產(chǎn)生去磁作用定子磁場(chǎng)減弱，產(chǎn)生反電勢(shì)降低，定子電流上升，磁場(chǎng)不斷加強(qiáng)，產(chǎn)生足夠的加速力矩轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，定子電流也隨之降低目前十一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)轉(zhuǎn)矩特性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩可用下列表達(dá)式表示T = KtIrcosKt——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)——?jiǎng)?lì)磁磁通Ir——轉(zhuǎn)子電流cos——轉(zhuǎn)子電流相位移目前十二頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)電動(dòng)機(jī)損耗由于定轉(zhuǎn)子之間存在一定的氣隙，定子必須提供額外電流增加磁通密度，造成空載電流接近40%額定電流；氣隙在電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)盡可能小，但存在機(jī)加工等問題，因此，空載氣隙損耗無法避免對(duì)自冷電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子提供一部分力矩用來克服轉(zhuǎn)軸的摩察和自冷風(fēng)扇的阻力；鐵心的磁滯和渦流損耗繞組的銅損（I2R）目前十三頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的影響轉(zhuǎn)矩由定子磁通和轉(zhuǎn)子電流所決定，轉(zhuǎn)子電流是由于轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓引起，感應(yīng)電壓直接與定子磁通密度成正比定子磁通與定子電流成正比（假設(shè)磁路尚未飽和），因此，如果所加電壓的頻率保持恒定，定子電流和磁通的上升和下降直接與所加的電壓有關(guān)轉(zhuǎn)矩與電壓的關(guān)系如下：T=KtUT——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Kt——轉(zhuǎn)矩常數(shù)U——所加的電壓2目前十四頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)電壓降低對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的影響啟動(dòng)力矩不夠——如果電動(dòng)機(jī)和負(fù)載匹配很接近，萬一啟動(dòng)時(shí)電壓有10%的壓降，都有可能導(dǎo)致無法啟動(dòng)；速度波動(dòng)——壓降導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)速度隨之降低而降低；速度精度無法保證——長(zhǎng)時(shí)間的壓降導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無法達(dá)到銘牌上規(guī)定的額定速度；輸出最大轉(zhuǎn)矩降低——10%的壓降導(dǎo)致峰值轉(zhuǎn)矩降低19%，如果應(yīng)用中要求能夠承受短時(shí)間的負(fù)載沖擊，就有可能出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象；電流增加——導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱，影響電動(dòng)機(jī)的絕緣壽命；目前十五頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)降壓?jiǎn)?dòng)電壓變化的影響也可當(dāng)作優(yōu)點(diǎn)來使用，在啟動(dòng)過程中，用來限制啟動(dòng)電流，調(diào)節(jié)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，四種常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法：自耦降壓變壓器星三角啟動(dòng)分布繞組啟動(dòng)電子軟啟動(dòng)器幾種不同啟動(dòng)方法得到的電動(dòng)機(jī)特性如表所示：目前十六頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)頻率變化對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的影響制造廠商常規(guī)定電動(dòng)機(jī)的頻率變化容許范圍5%；假設(shè)電動(dòng)機(jī)的電壓保持恒定：頻率增加5%，同步速增加5%，但轉(zhuǎn)矩降低10%；可理解為阻抗對(duì)電動(dòng)機(jī)電流的影響定子阻抗Z由電阻R和感抗2f組成，而定子電流I=U/Z；由于電阻較小，可忽略不計(jì)，為了簡(jiǎn)化起見，電流可等效為：IU/f目前十七頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)電動(dòng)機(jī)和變頻變壓（VVVF）驅(qū)動(dòng)由于定子電流與頻率成反比，假設(shè)電壓恒定，而頻率變化，就有可能產(chǎn)生以下問題：當(dāng)頻率從50Hz降到25Hz，定子電流將是成倍增加，造成電動(dòng)機(jī)過熱；當(dāng)頻率從50Hz升到100Hz，電流減半，而轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減少，造成出力不夠如果在改變頻率的同時(shí)，改變電壓，就可維持適當(dāng)?shù)碾娏骱娃D(zhuǎn)矩；壓頻比——電源電壓與頻率的比率壓頻比一般由電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)所決定，如380V，50Hz，壓頻比為380/50，即7.6V/Hz目前十八頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)低頻轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩（%）頻率（Hz）502515550100150200從右圖可以看出，在15Hz到50Hz，恒定壓比可保證一定力矩，低于15Hz，并不能產(chǎn)生足夠的力矩；主要原因是低頻時(shí)，阻抗中的電阻占了很大的比重，造成一定的壓降；解決低頻出力問題，可通過電壓提升，補(bǔ)償由于電阻引起的壓降，即IR補(bǔ)償；電壓頻率電壓提升目前十九頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)變頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)變頻啟動(dòng)可解決直接啟動(dòng)引起的問題：6-8倍的啟動(dòng)電流，造成電動(dòng)機(jī)過熱加速過程不可控造成的電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起機(jī)械的沖擊當(dāng)采用變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，變頻器可以遠(yuǎn)離電動(dòng)機(jī)安裝，而直接啟動(dòng)，由于啟動(dòng)電流造成的線路壓降，不允許遠(yuǎn)距離安裝；變頻調(diào)速可通過速度反饋，使速度精度提高到0.01%；目前二十頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)基頻以上的運(yùn)行電動(dòng)機(jī)可以基頻以上運(yùn)行，取決于電壓極限值和電動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)平衡和軸承的承受能力；一般4極電動(dòng)機(jī)運(yùn)行到基頻以上的125%頻率運(yùn)行時(shí)，也就達(dá)到它的平衡極限值，如50Hz基頻，112.5Hz是它的極限值；通常，假設(shè)要求運(yùn)行電動(dòng)機(jī)超出基頻25%，就要向電動(dòng)機(jī)制造廠家聯(lián)系；目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)恒壓運(yùn)行——基頻以上變頻輸出電壓最大不超出輸入電壓，對(duì)380V，50Hz電源來說，變頻器輸出在50Hz以上，電壓保持380V不變，基頻以上運(yùn)行為恒電壓運(yùn)行；基頻以上的壓頻比不再保持恒定，相應(yīng)力矩隨頻率增加而減少， 基頻以上的轉(zhuǎn)矩與速度的平方成反比；1/N2轉(zhuǎn)矩速度100%0基頻目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)恒功率輸出——基頻以上許多機(jī)器應(yīng)用要求恒功率輸出，隨速度增加，轉(zhuǎn)矩要求與速度成反比，即1/N，而不是與速度的平方（N）成反比；注意到，在基頻兩倍左右，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩高于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此后，就要小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，引起電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。在恒電壓運(yùn)行模式下，恒功率輸出范圍一般只能到基頻的1.5倍。超出1.5倍，電動(dòng)機(jī)放大使用。21/N1/N2200100額定轉(zhuǎn)矩的%電動(dòng)機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩恒功率負(fù)載50Hz120100電動(dòng)機(jī)放大目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)恒轉(zhuǎn)矩輸出和調(diào)速范圍從右圖可以看出，100%力矩可運(yùn)行到1.25倍的速度，仍保持25%過載倍數(shù)。基速以上額定電流轉(zhuǎn)矩隨峰值轉(zhuǎn)矩降低而減少，要保持額定力矩輸出，電動(dòng)機(jī)就要增加電流，造成電動(dòng)機(jī)過熱，有時(shí)只好電動(dòng)機(jī)放大功率。11.251.52轉(zhuǎn)矩基速峰值轉(zhuǎn)矩額定電流轉(zhuǎn)矩25%舉例：傳送帶，工藝上要求在整個(gè)速度范圍內(nèi)提供恒轉(zhuǎn)矩輸出，有時(shí)為了提高產(chǎn)量，希望電動(dòng)機(jī)能夠基頻以上運(yùn)行；目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)恒轉(zhuǎn)矩輸出范圍 恒壓控制模式提供的恒轉(zhuǎn)矩范圍一般在1.25:1，或1.5:1（電動(dòng)機(jī)放大），原因是電動(dòng)機(jī)并沒真正運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩模式，壓頻比隨速度變化而改變。要想實(shí)現(xiàn)真正的恒轉(zhuǎn)矩控制，有以下途徑：重新繞制電動(dòng)機(jī)定子繞組安裝升壓變壓器用380V變頻器驅(qū)動(dòng)230V電動(dòng)機(jī)變頻器升壓變壓器電動(dòng)機(jī)380V50Hz目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)發(fā)電機(jī)狀態(tài)當(dāng)電動(dòng)機(jī)被外力拖動(dòng)超出同步速度，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的反電勢(shì)大于輸入的電源電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的電力與輸入的電源電壓和頻率相同，大小取決于所加電壓與反電勢(shì)之差。轉(zhuǎn)矩AB速度11.25+_I目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)矢量控制概念它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能夠獨(dú)立控制異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量，以便得到精確的轉(zhuǎn)矩和電源輸出控制。與直流電動(dòng)機(jī)控制相類似，且控制性能與直流電動(dòng)機(jī)相媲美。目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)矢量控制的理解調(diào)節(jié)器，邏輯控制回路和整流橋觸發(fā)電路電樞回路磁場(chǎng)回路電樞磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩電流磁場(chǎng)電流直流驅(qū)動(dòng)3相交流輸入調(diào)節(jié)器，邏輯控制回路和整流橋觸發(fā)電路逆變器定子繞組磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩電流交流驅(qū)動(dòng)3相交流輸入目前二十八頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)為什么要采用矢量控制轉(zhuǎn)矩控制精確的速度控制更寬的運(yùn)行速度范圍動(dòng)態(tài)響應(yīng)高的啟動(dòng)力矩要求類似于直流控制的性能和調(diào)速比目前二十九頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)目前三十頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)矢量控制算法目前三十一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于二十點(diǎn)速度精度的概念從空載到滿負(fù)荷的速度變化率，通常以百分比