DN02(新27)第二章电动机带负载特性.

第2章电动机变频后的带负载特性2．1异步电动机的机械特性2．1．1异步电动机的自然机械特性1．自然机械特性图2－1异步电动机的自然机械特性a）自然机械特性b）机械特性的含义从电动机的角度看，转速降低，产生的电磁转矩将增大。

2．拖动系统的工作点图2－2机械特性的含义之二a）拖动系统的工作点b）机械特性的含义从拖动系统的角度看，负载转矩增加，拖动系统的转速将下降：T L↑→T M＜T L →n M↓→T M↑→T M＝T L→在已经降低了的转速下达到新的平衡。

3．机械特性的“硬”与“软”图2－3机械特性的“硬”与“软”a）硬特性b）软特性2．1．2异步电动机的人工机械特性1．转子串联电阻的机械特性图2－4转子串联电阻的机械特性a）转子串联电阻的电路b）机械特性2．改变电压的机械特性图2－5改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性3．改变频率的机械特性（k U=k f）图2－6f X≤f N时的机械特性a)变频调速b)变频机械特性簇2．2低频时临界转矩减小的原因2．2．1有效转矩与磁通图2－7有效转矩与磁通2．2．2与磁通有关的因素2．2．3 频率下降时的磁通变化（k U ＝k f ） 假设：（1）ΔU ＝30V ［I 1＝I 1N ］（约30～40V ）（2）11U U X ∆-≈ U 1X －ΔU 1当k U ＝k f ，I 1＝I 1N 时，在不同频率下的磁通量图2－8 低频时临界转矩减频运行时的小的原因a ）运行频率为50Hzb ）运行频率为25Hzc ）运行频率为10Hz2．3 增大转矩的对策之一 ——V ／F 控制方式 2．3．1 V ／F 控制的基本思想1．设置转矩提升功能2．转矩提升量U C %＝NC UU ×100%图2－10 转矩提升量的定义 a ）基本U ∕f 线 b ）转矩提升量图2－9 电压补偿的原理a ）电压补偿的含义b ）25Hz 时的补偿量c ）10Hz 时的补偿量3．转矩提升存在的问题图2－11负载变化（减轻）对磁通的影响a）负荷率减轻至20%b）正常时励磁电流c）饱和时励磁电流2．3．2 变频器提供的U∕f线1．U∕f线的类型之一图2－12U∕f线的类型之一a）U∕f线类别b）恒转矩类U∕f线c）二次方类U∕f线2．U∕f线的类型之二图2－13U∕f线的类型之二a）二次方类b）一次方类c）恒转矩类3．U∕f线的类型之三图2－14U∕f线的类型之三a）三点式U∕f线b）多点式U∕f线c）折线的预置4．自动转矩提升图2－14自动转矩提升a）自动U∕f线b）手动提升过程c）自动提升过程2．3．3关于预置转矩提升功能的讨论1．提升不足图2－15塑料挤出机把转矩提升量增大为20.0，I M≈40A2．提升过分（1）提升过分时的I M＝f（T L）曲线图2－16转矩补偿后的电流—转矩曲线a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线（2）提升过分的实例之一图2－17转矩提升预置过分a）风机的机械特性b）U／f线的预置（3）提升过分的实例之二图2－18离心浇铸机的U∕f线选择a）离心浇铸机示意图b）机械特性c ）U∕f线选择（4）提升过分的实例之三图2－19带式输送机改风扇a）电动机拖动传输带b）电动机拖动风扇c）U∕f线选择休息15分2．3．4关于预置基本频率的讨论1．电动机额定电压不符时的处理（1）三相220V电动机配380V变频器图2－20220V电动机配380V变频器a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系（2）270V、70Hz电动机配380V变频器图2－21270V、70Hz电动机配380V变频器a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系2．额定频率时降压节能图2－22额定频率时“大马拉小车”的降压节能a）大马拉小车b）降压方法c）降压效果3．“高频”区加大带负载能力图2－2340Hz时加大带载能力a）40Hz时带重负载b）转矩提升的结果c）减小基本频率2．4增大转矩的对策之二——矢量控制方式2．4．1矢量控制的基本思想1．直流电动机的特点图2－24 直流电动机的调速a）直流电动机结构示意图b）直流电动机电路c）调速后机械特性2．矢量控制的基本思路图2－25 矢量控制框图2．4．2电动机参数的自动测量（auto-tuning）1．矢量控制需要的参数图2－26矢量控制所需参数a）铭牌数据b）等效电路参数2．电动机的空载和堵转试验图2－27电动机的空载和堵转试验a）空载试验b）堵转试验3．自动测量的相关功能（1）安川G7系列表2－1自动测量相关功能（安川CIMR—G7A）变频器通电，按下RUN键，先让电动机停止1分钟，再让电动机旋转1分钟（转速约为额定转速的50%～80%）。

按下STOP键，中止自测量。

静止自测量：电动机不脱离负载。

变频器通电，按下RUN键，让电动机停止1分钟。

按下STOP键，中止自测量。

（2）V5－H系列表2－2自动测量相关功能（V5－H系列）变频器与电动机容量不匹配时，应选择静止自整定。

此外，在静止自整定时，电动机的空载电流应预置为额定电流的40%。

2．4．3有反馈矢量控制和无反馈矢量控制1．有反馈矢量控制接法图2－28 有反馈矢量控制方式a）直接安装与接线b）过渡轴c）过渡轴套d）联接附件3．无反馈矢量控制图2－29无反馈矢量控制方式a）无反馈矢量控制示意图b）机械特性曲线簇4．矢量控制方式的适用范围图2－30不宜采用的场合a）带多台电动机b）容量差两档以上c）8极以上d）特殊电机2．5变频调速的有效转矩线2．5．1 有效转矩线的概念1．额定工作点与有效工作点2．ｋU＝ｋƒ时的有效转矩线图2－31额定工作点与有效工作点图2－32 k U＝kƒ时的有效转矩线a）k U＝kƒ时的U∕f线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线2．5．2 电动机变频后的有效转矩线1．ƒX≤ƒN的有效转矩线图2－33 散热和有效转矩线的关系a）各种损失与转速的关系b）散热系数与转速的关系c）低频时的有效转矩线2．有效转矩线的改善图2－34有效转矩线的改善a）改善前后的有效转矩线b）外部强制冷却c）变频电动机3． ƒX ＞ƒN 的有效转矩线∵ 最大输出电压与功率不变 U 1X ≡U 1N ，P M ≯P MN ∴ f X ↑→Ｕ∕ƒ比↓→主磁通Φ1↓→电磁转矩T MX ↓2．5．3 电动机在额定转速以上的恒功率性质 1．额定转速以上，有效转矩为啥减小？∵P MX ≤P MN即9550MX MEX n T ≤9550MNMNn T∴ 如n MX ＞n MN则 T MEX ＜T MN图2－35 f X ＞f N 时的机械特性和有效转矩线a ）2倍频以下Ｕ∕ƒ线b ）额频以上机械特性c ）有效转矩线2．基本频率与有效转矩线图2－36基本频率与有效转矩线a）ƒBA=50Hz b）ƒBA=45Hz c）ƒBA=100Hz 3．不同磁极对数的有效转矩线（功率相同）图2－37不同磁极对数的有效转矩线线①：二极电动机线②：四极电动机线③：六极电动机休息15分钟2．6传动机构是拖动系统的组成部分2．6．1传动机构及其作用１．常见传动机构图2－38 常见的传动机构a）连轴器b）带轮c）减速齿轮2．传动比及其作用λ＝LMn nn L ＝λMn根据能量守恒的原则，有：M M L LT n T n 95509550=LM T T ＝MLn n ＝λ1∴ T L ＝T M ·λ减速器输出轴上的转矩比电动机的输出转矩增大了λ倍！图2－39 传动比与有效转矩（从负载侧看）a ）拖动系统举例b ）有效转矩线2．6．2 传动系统为啥要折算？１．折算的必要性2．折算的基本原则稳态过程：折算前后，传动机构所传递的功率不变。

动态过程：折算前后，旋转部分储存的动能不变。

3．折算公式（1）转速的折算 n L ’＝n L ·λ＝n M（2）转矩的折算T L ’＝LT经减速器减速后，相当于使电动机轴上的负载减轻了λ倍！图2－40 电动机和负载的工作点图2－41 传动比与有效转矩（从电动机侧看）a ）拖动系统举例b ）有效转矩线实例：某电动机，带重物作园周运动，如图所示。

运行时，到达A 点后电动机开始过载，到达B点时容易堵转，怎样解决？（上限频率为45Hz）。

将传动比加大10%，则在电动机转矩相同的情况下，带负载能力也加大10%。

但这时的上限频率应加大为49.5Hz。

图2－42重物园周运动传动比改变后，工作频率的计算图2－43传动比与工作频率a）传动比较小b）加大传动比（3）飞轮力矩的折算（GD L 2）’＝ 22LGD经减速器减速后，电动机轴上的飞轮力矩减小了λ2倍！十分有利于电动机的起动。

电动机的容量为3.7ｋＷ。

起动较困难，升速时间太长。

将传动比增大为λ＝7.5，可使折算到电动机轴上的飞轮力矩减小为原来的44%。

结果，卡盘可以在5s 内起动起来。

图2－45 锯片磨床示意图图2－44 传动比与飞轮力矩a ）2p ＝4，λ1b ）2p ＝4，λ2＝1.5λ1c ）2p ＝6，λ1d ）有效转矩线2．7变频拖动系统的基本规律2．7．1变频拖动系统必须满足哪些条件？1．电动机与负载的功率关系图2－46 拖动系统的功率关系2．电动机与负载的转矩关系图2－47拖动系统的转矩关系2．7．2拖动系统的重要规律与常见误区[误区一]可以甩掉减速器吗？图2－48 甩掉减速器错误原因──电动机降速后的有效功率要随转速下降图2－49 甩掉减速器[误区二]通过加大工作频率来提高生产率，可以吗？图2－50加大工作频率来提高生产率a）原工作状态b）加大工作频率错误原因──负载升速后所需功率加大图2－51 加大工作频率来提高生产率a）原有数据码b）频率加大后数据[误区三] 能否拖动，主要看转矩实例1：用4极电动机代替6极电动机图2－52 用4极电动机代替6极电动机a）6极电动机拖动b）4极电动机拖动实例2：用大容量电动机代替小容量电动机图2－53 用15kW电动机代替11kW电动机a）11kW 、6极电动机拖动b）15kW 、4极电动机拖动[综合实例] 某排粉机，原拖动系统数据:三相整流子电动机额定功率: 160kW;额定电流：285A ，工作电流：234A ，负荷率：σA ≈0.82; 额定转速：1050∕350r ∕min; 传动比：λ＝2 改造为普通电动机变频调速时：电动机数据：160kW ，275A ，1480 r ∕min 。

运行情况：转速为1050r ∕min 时，电动机过载，电流达316A 。

1．原拖动系统的计算数据 额定转矩 T MN0＝MNMNn P 9550＝10501609550⨯＝1455N ·m负载转矩 T L ’＝ T MN0·σA ＝1455×0.82＝1194 N ·mT L ＝T L ’· λ＝1194×2＝2388 N ·m负载最高速 n Lmax ＝λmaxMO n ＝21050＝525 r ∕min最大功率P L ＝9550max L L n T ＝95505252388⨯＝131 kW2．改造后拖动系统的计算数据 （1）工作频率 f X ＝60OX pn ＝6010702⨯＝35.7Hz（2）有效功率 P ME ＝P MN ·NX f f ＝160·507.35＝114 kW （3）电动机的转矩T MN ＝MNMNn P 9550＝14801609550⨯＝1032N ·m图2－54 改造前后的数据a ）改造前的数据b ）改造后的数据图2－55 加大传动比前后的数据a ）改造前的数据b ）加大传动比后的数据【解决办法】方法一 加大传动比∵ 当 n M = n MN =1480 r ∕min 时 P M = P MN =160kW ∴ 令：负载转速等于最高转速时，电动机的转速等于额定转速：则λ’＝max L MN n n＝5251480＝2.8（＝1.4λ）T L ’＝LT＝8.22388＝853N ·m ＜T MN （＝1032 N ·m ）电动机的上限工作频率等于额定频率：f X ＝f N ＝50Hz方法二 改选6极电动机电动机数据 160kW ，297A ，980 r ∕minT MN ＝MNMNn P 9550＝9801609550 ＝1559N ·m在1050r ∕min 时的工作频率：f X ＝f N ×MNMX n n＝50×9801050＝53.6Hz在1050r ∕min 时的电动机转矩：T MX ＝T MN ×XN f f＝1559×6.5350＝1454 N ·m＞T L ’（＝1194 N ·m ）图2－56 加大磁极对数前后的数据 a ）改造前的数据 b ）加大磁极对数后的数据。