F001应用中的几个问题(简)

变频调速应用技术讲座A．基础知识一．为什么要研制变频器？1．异步电动机结构简单、价格低廉图A－1笼形转子异步电动机的构造a）外形b）定子c）转子2．生产机械要求无级调速图A－2生产机械对无级调速的要求举例3．变频可以无级调速n 0—同步转速，即旋转磁场的转速。

n 0＝pf60 f —电流的频率； p —磁极对数； n M —转子转速。

Δn ＝n 0－n M—转差 s ＝0n n∆＝0nn n M-—转差率Δn ＝s n 0n M ＝n 0－Δn ＝n 0－s n 0＝n 0（1－s ）＝pf60(1－s )f X (Hz)n 0X (r /min)f X (Hz) n 0X (r /min) 50 1500 50 1500 25 750 75 2250 51501003000图A －3 变频可以调速二．电动机的磁通1．异步电动机的旋转原理图A－4三相交流异步电动机的旋转原理a）三相交变电流b）三相绕组c）旋转原理2．异步电动机的能量传递图A－5异步电动机的能量传递3．定子等效电路（1）磁通在电路中的反映图A－6定子绕组的等效电路a）主磁通和漏磁通b）等效电路与电动势平衡（2）反电动势与磁通图A－7定子取用电功率的电路a）定子绕组b）三相电路示意图c）单相电路示意图d）绕组的电动势∴在频率一定的情况下，磁通的大小由反电动势来反映：如f＝C则E1＝K FΦ结合Ú1＝－É1＋ΔÚ1如负载一定（I＝C）则：U↑→E↑→Φ↑如电压一定（U＝C）则：I↑→ΔU↑→E↓→Φ↓1（3）磁通与励磁电流图A－8励磁电流和饱和程度的关系a）简单磁路b）磁路在不饱和段c）磁路在深度饱和段三．电动机的机械特性1．自然机械特性图A－9异步电动机的自然机械特性2．机械特性的含义图A－10机械特性的含义a）负载较轻b）对应的工作点c）负载较重B．变频器的主电路一．交-直-交变频器框图图B－1 交－直－交变频器框图二．逆变电路1．结构与输出波形图B－2变频器的输出电路a）逆变电路b）输出电压波形c）输出电压等效波形2．电动机状态İ1＝－İ2'＋İ03．再生状态图B －3 电动机工作在电动状态a ）空钩下降b ）电流矢量图c ）逆变电路d ）电压与电流波形图B －4 电动机工作在再生状态a ）重载下降b ）电流矢量图c ）逆变电路d ）电压与电流波形4．输出电压的测量（1）电磁式仪表f X↓→X L=2πf X L↓→I L↑图B－5 电磁式仪表测电压a）电磁式仪表构造b）测量部位c）测量结果（2）数字式仪表图B－6 数字式仪表测输出电压a）被测电压波形b）数字表采样过程c）测量结果（3）整流式仪表图B－7 整流式仪表测输出电压a）磁电式仪表b）整流式仪表及测量电压波形c）测量结果5．逆变电路的简单测试（1）IGBT管图B－8 IGBT管的简单测试a）控制极反偏b）控制极正偏（2）反向二极管的粗测图B－9 逆变桥的粗测a）逆变桥电路b）万用表测量（3）驱动模块的粗测图B－10 驱动模块的粗测（4）逆变桥直通的原因图B－11逆变桥直通的原因a）驱动模块损坏b）环境温度太高（5）驱动不足的后果图B－12驱动不足的后果a）出电压和电流不平衡b）IGBT管饱和导通c）IGBT管的截止状态d）IGBT管的放大状态三．主电路各部分的电流1．概述图B－13变压器与变频器的输入、输出电流a）变压器的输入、输出电流b）变频器的输入、输出电流2．变频器的输出电流图B－14电动机的电流3．频率下降时各部分的功率与电流图B－15 各部分电流的变化规律四．变频器的输入电流1．变频器的输入电流波形图B－16 输入电流的波形及其谐波分析a）整流电路b）输入电压c）输入电流d）频谙分析e）输入电流波形的形成2．功率因数的公式 λ＝SP λλλλλ＝υ•cos φ式中，λ──全功率因数； Ｐ──有功功率，kW ； Ｓ──视在功率，kV A ；cos φ──位移因数；υ──电流的畸变因数，等于电流基波分量的有效值与总有效值之比：υ＝1222157I I I I +++图B －17 滞后电流与谐波电流的功率 a ）滞后电流的功率 b ）5次谐波电流的功率图B－18 交流电抗器4．轻载时输入电流不平衡图B－19轻载时直流电压波形5．输入电流的测量电流互感器的误差原因以7次谐波电流为例：（1）互感器绕组和仪表绕组的感抗∴ f 7↑→X L7＝2πf 7L ↑→I 7↓ （2）绕组分布电容的分流作用加大f 7↑→I C7↑→I 7↓（3）铁心的导磁率f 7↑→μ↓（μ－导磁率） （4）铁心中的功率损失f 7↑→P 7↓（P 7－副方的七次谐波电流功率）图B －20 非正弦电流的测量a ）7次谐波电流b ）电流互感器c ）副方等效电路C ．主要功能预置一．变频调速出现的新问题1．从能量看2．从电动势看∵Φ＝XfE1∴f X ↓→Φ↑3．保持磁通不变（Φ＝C ）的途径准确途径：Xf E 1＝C →Φ＝C实际方法： XXf U 1＝C →Φ≈C或U 1X ＝Cf X →Φ≈C图C －.1 频率下降出现的新问题二．转矩提升1．改变频率的机械特性（U1X＝Cf X）图C－2f X≤f N时的机械特性a)变频调速 b)变频机械特性2．f X≤f N时带载能力下降的原因（1）从电动势平衡方程看Ù1＝－È1＋ΔÙ1U1≈E1＋ΔU1图C－3低频时临界转矩减小的原因a）运行频率为50Hz b）运行频率为25Hz c）运行频率为10Hz k U＝k f时f X↓→Φ↓3．对策（电压补偿、转矩补偿、转矩提升）图C－4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4．负载变化的影响图C－5负载变化（减轻）对磁通的影响a）负载减轻后b）100%负荷率c）60%负荷率d）20%负荷率T L↓→I1↓→ΔU↓→E↑→E∕f↑→Φ↑4．预置要点（1）低频重载时图C－6带式输送机的U∕f线a）负载示意图b）负载机械特性c）U∕f线的选择（2）低频轻载时图C－7风机的U∕f线a）风机的机械特性b）U∕f线的选择5．预置不当的实例（1）变频器从传输带上拆下接至风机的U∕f线调整图C－8变频器从传输带上拆下接至风机a）变频器接至传输带b）变频器接至风机（2）离心浇铸机的U∕f线选择图C－9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6．转差补偿（1）含义图C－10转差补偿a）异步电动机的转差b）转差补偿（2）应用举例图C－11 转差补偿的应用之二a）低频未补偿b）转差补偿后二．加、减速时间1．电流与加速时间的关系图C－12 加速时间与电流a）加速慢b）转差小c）电流小d）加速快e）转差大f）电流大2．变频降速时电动机的状态图C－13电动机的变频降速a）降速前b）降速时c）降速过程3．频率下降时的泵升电压图C－14 降速过程中的状态a）逆变电路b）电动机状态c）电流与电压的瞬时值4．减速快慢与直流电压图C－15 降速快慢与直流电压（a）直流电压（b）减速慢（c）直流电压（d）减速快（e）直流电压5．直流制动图C－16 直流制动的原理与预置a）直流制动方法b）直流制动原理c）直流制动的相关功能6．加、减速时间的预置（1）负载的惯性大小（时间常数的粗测）图C－17时间常数的粗测a）拖动系统b）粗测时间常数（2）逼近法决定加速时间图C－18逼近法决定加速时间a）起动电动机b）逐渐缩短加速时间（3）逼近法决定减速时间图C－19逼近法决定减速时间a）减速过程中的检测b）逐渐缩短减速时间（4）加、减速时间的调整图C－20负载对加、减速时间的要求a）传输带b）水泵c）往复加工D．变频器的控制一．变频器的外接主电路1．变频器的输入主电路图D－1变频器输入主电路a）主电路接法b）电路图2．变频器的输出主电路图D－2变频器输出主电路a）一控一b）切换主电路c）一控X3．变频器输出端需要接入电抗器的场合图D－3需要接入输出电抗器的场合a）电动机与变频器距离远b）小变频器带轻载大电动机二．电动机的起动1．起动方式图D－4 正转的基本控制方式a）不妥的起动方式b）面板控制c）外接控制2．继电器控制图D－5外接继电器控制a）变频器的接线b）继电器控制电路3．自锁控制（三线控制）控制图D－6正反转的自锁控制a）正反转单独控制b）正反转选择控制三．升、降速控制1．升速、降速端子的功能（UP∕DOWN功能）图D－7升、降速端子的功能a）电路图b）控制结果2．用法举例（1）代替电位器图D－8升速、降速端子a）电位器控制b）用按钮控制升降速（2）两地控制（3）恒压控制图D－9 两地升降速控制a）用电位器切换b）用升、降速功能图D－10 利用升、降速端子进行恒压控制（4）继电器同步控制图D－11手动同步控制电路（继电器）a）1单元b）2单元c）3单元d）升速统调e）降速统调E．变频拖动系统的运行一．传动机构及其折算1．常见的传动机构图E－1 常见的传动机构a）连轴器b）带轮c）减速箱2．传动系统的折算（1）传动机构的作用图E－2传动机构的作用λ＝LM nn n L ＝λMn根据输能量守恒的原则，有：M M L LT n T n 95509550=L M T T ＝ML n n ＝λ1T L ＝T M ·λ（2）折算的必要性（3）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。

（4）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 ’＝λLT3）飞轮力矩的折算（GD L 2）’＝22λLGD图E －3 电动机和负载的工作点3．调整传动比在实际工作中的应用实例1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（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E－4重物园周运动实例3某锯片磨床，卡盘直径为２ｍ，传动比λ＝５；电动机的容量为３.７ｋＷ。

存在问题：起动较困难，升速时间太长。

图E－5 锯片磨床示意图对策：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%，卡盘可以在5s内起动起来。

二．变频拖动系统的基本规律1．变频拖动系统必须满足的条件（1）电动机与负载的功率关系图E－6 拖动系统的功率关系（2）电动机与负载的转矩关系图E－7拖动系统的转矩关系3．拖动系统的重要规律与常见误区[误区一]甩掉减速器图E－8 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E－9电动机的有效功率与转速a）拖动系统b）高速时的功率c）低速时的有效功率具体分析图E－10 甩掉减速器[误区二]加大工作频率来提高生产率图E－11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具体分析图E－12负载功率与转速的关系a）拖动系统b）低速时的负载功率c）高速时的负载功率图E－13 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] 功率相同就可以 错误原因──电动机额定转矩与额定转速的关系T MN ＝MN MNn P 9550 表2－4 不同磁极对数电动机的额定转矩（75kW ）磁极数（2p ） 额定转速（n MN ） 额定转矩（T MN ） 2 2970r ∕min 241N ·m4 1480 r ∕min 484 N ·m 6 980 r ∕min 731 N ·m图E －14 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4．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。