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1、33怎样描绘拖动系统的带负载能力？第2章电动机机变频后后的带负负载特性性21异步电电动机的的机械特特性211异异步电动动机的自自然机械械特性图21异步电动机的自然机械特性a）自然机械特性b）机械特性的含义电动机的机械特性：描绘电磁转矩和转速之间关系的曲线。自然机械特性：在不改变任何参数时的机械特性。理想空载点：阻转矩和损耗转矩都等于0时的工作点。起动点：刚合上电源，尚未起转时的工作点。临界点：产生最大转矩的工作点。机械特性说明的问题：从电动机的角度看，转速降低，产生的电磁转矩将增大。1自然然机械特特性图22机械特性的含义之二a）拖动系统的工作点b）机械特性的含义负载的机械特性：描绘负载的阻转矩
2、与转速之间关系的曲线（曲线）。拖动系统工作点：电动机机械特性（曲线）与负载机械特性（曲线）的交点。负载增大的过程：TLTMTLnMTMTMTL在已经降低了的转速下达到新的平衡。拖动系统的观察结果：负载转矩增加，拖动系统的转速将有所下降。2拖动动系统的的工作点点3机械械特性的的“硬”与“软”图23机械特性的“硬”与“软”a）硬特性b）软特性硬特性：负载变化时，转速的变化不大。软特性：负载变化时，转速的变化较大。212异异步电动动机的人人工机械械特性图24转子串联电阻的机械特性a）转子串联电阻的电路b）机械特性特点：临界转矩不变，临界转速下降，起动转矩增大。优点：有利于起动。缺点：机械特性变软。1
3、转子子串联电电阻的机机械特性性2改变变电压的的机械特特性图25改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性特点：临界转速不变，临界转矩减小，起动转矩减小。优点：可平滑起动。缺点：不利于起动。图26 fXfN时的机械特性a)变频调速 b)变频机械特性簇理想空载点：随频率的减小而下移。临界转矩：略有减小。机械特性硬度：基本不变。优点：可平滑调速。缺点：低频时带负载能力略有减小。3改变变频率的的机械特特性（kkU=kf）转矩变小的关键在磁通！22低频时时临界转转矩减小小的原因因图27有效转矩与磁通（1）电磁转矩总是和负载转矩（包括损耗转矩）相平衡的。（2）电磁转矩正比于转子电流和磁通的乘积。（3）电流是
4、不允许超过额定电流的。（4）临界转矩与磁通成正比。221有有效转矩矩与磁通通222与与磁通有有关的因因素223频频率下降降时的磁磁通变化化（kUkf）假设：（1）U30VVI1I1N（约约3040VV）（2） U1XXU1图28低频时临界转矩减小的原因a）运行频率为50Hzb）运行频率为25Hz c）运行频率为10Hz低频时运行特点变频器的输出电压：随频率的减小而下降。电动机的阻抗压降：如负载不变，则阻抗压降也基本不变。反电动势：有所减小。磁通：有所减小。临界转矩：有所减小。当kUkf，I1I1N时，在不不同频率率下的磁磁通量fX（HHz）U1X（VV）1X（%）fX（HHz）U1X（VV）1
5、X（%）503801002015287403049810766630228945382323增大转转矩的对对策之一一VF控制制方式231VVF控制制的基本本思想图29电压补偿的原理a）电压补偿的含义b）25Hz时的补偿量c）10Hz时的补偿量转矩提升的基本思想：低频时适当补偿电压，使反电动势保持不变。1设置置转矩提提升功能能图210转矩提升量的定义a）基本Uf线b）转矩提升量基本Uf线：kUkf时的Uf线。基本频率：与最大输出电压对应的频率。转矩提升量：UC%100%2转矩矩提升后后的Uf线图211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）饱和时励磁电流变频器的输
6、出电压：只和频率有关，与负载无关。阻抗压降：负载减小时，阻抗压降也随之减小。反电动势：负载减小时，将有所增加。磁通：负载减小时，将有所增加，甚至可使磁路饱和，励磁电流产生尖峰波。3转矩矩提升存存在的问问题232 变频器器提供的的Uf线图212 Uf线的类型之一a）Uf线类别b）恒转矩类Uf线c）二次方类Uf线第一步：预置Uf线类别。第二步：预置转矩提升量。1Uf线的类型型之一图213 Uf线的类型之二a）二次方类b）一次方类c）恒转矩类二次方律负载预置范围：0.10.9（0.9对应于10%）。一次方律负载预置范围：1.01.9（1.9对应于10%）。恒转矩负载预置范围：2.020.0（20.0
7、对应于10%）。2Uf线的类型型之二3Uf线的类型型之三图214 Uf线的类型之三a）三点式Uf线b）多点式Uf线c）折线的预置第一步：作出所需Uf线。第二步：作出近似折线。第三步：预置近似折线各拐点的坐标。图215自动转矩提升a）自动Uf线b）手动提升过程c）自动提升过程手动提升特点：提升量预置后，不同频率时的补偿量也就确定。自动提升特点：不论频率多大，每次自动搜索的增量都相同。优点：起动转矩大。缺点：容易引起振荡。4自动动转矩提提升233关关于预置置转矩提提升功能能的讨论论1转矩矩提升量量的初定（1）满满负荷时时的最大大提升量量为：UC%10%（2）测测量负载载在运行行过程中中的最大大负荷
8、率率：maxx%1000%1000%（3）转转矩提升升量约为为：UC%10%maxx% 00.1maxx%（4）根根据运行行情况进进行调整整。图216塑料挤出机转矩提升不足：磁通小于额定磁通，故电流大于额定电流。增大提升量：磁通接近于额定磁通，电流接近于工频运行电流。2提升升不足2提升升过分图217转矩补偿后的电流转矩曲线a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线转矩提升量过大的现象负荷较重时：磁路未饱和，转矩电流居主导地位，负载轻，电流小。负荷较轻时：磁路饱和，励磁电流居主导地位，负载越轻，电流越大。（1）提提升过分分时的IMf（TL）曲线线图218转矩提升预置过分a）风机的机械特性b）Uf线的预置
9、针对二次方律负载：低频运行时负荷率很低，应进行负补偿。（2）提提升过分分的实例之之一图219离心浇铸机的Uf线选择a）离心浇铸机示意图b）机械特性c）Uf线选择40Hz以下：浇铸机处于轻载状态，不必补偿。40Hz以上：浇铸机虽然处于重载状态，因已接近于基本频率，也不必补偿。（3）提提升过分分的实例之之二休息155分234关关于预置置基本频频率的讨讨论1电动动机额定定电压不不符时的的处理图220220V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通过增大基本频率，使与50Hz对应的电压为220V。（1）三三相2220V电电动机配配3800V变频频器图221270V、70
10、Hz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第一步：作出所需基本Uf线OA。第二步：延长OA至B，B点对应380V。第三步：算出与B点对应的基本频率。（2）2270VV、700Hz电电动机配配3800V变频频器图222电源电压与基本频率a）电源电压偏低b）降压节能电源电压偏低：为了保证额定磁通和转矩，应降低基本频率。额频时降压节能：“大马拉小车”时，适当加大基本频率，可减小与50Hz对应的电压，实现降压节能。2电源源电压与与基本频频率变频效颦赛“西施”！24增大转转矩的对对策之二二矢量控控制方式式241矢矢量控制制的基本本思想图223 直流电动机的调速a）直流电动
11、机结构示意图b）直流电动机电路c）调速后机械特性直流电动机的特点：（1）有两个互相垂直的磁场。（2）两个电路互相独立。1直流流电动机机的特点点2矢量量控制的的基本思思路图224 矢量控制框图第一步：将给定信号分解成两个互相垂直的磁场信号。第二步：通过一系列等效变换，得到三相旋转磁场信号。实现：（1）转子磁通和主磁通互相垂直；（2）主磁通保持不变。242电电动机参参数的自自动测量量（auuto-tunningg）图225矢量控制所需参数a）铭牌数据b）等效电路参数铭牌数据：额定容量、额定电压、额定电流、额定转速、效率等。等效电路参数：定子绕组的电阻和漏磁电抗；转子等效电路的电阻和漏磁电抗，空载电
12、流。1矢量量控制需需要的参参数图226电动机的空载和堵转试验a）空载试验b）堵转试验空载试验：电动机脱离负载并空转，测量空载电流。电动机不能脱离负载时，空载电流按40%IMN估算。堵转试验：电动机处于堵转状态，适当降低电压，测量短路电压和电流。2电动动机的空空载和堵堵转试验验3自动动测量的的相关功功能（1）安安川G77系列表211自动动测量相相关功能能（安川川CIMMRG7AA）功能码功能含义义数据码及及含义T1001自动测量量模式0：旋转转自测量量；1：静止自测测量T1002电动机额额定功率率T1003电动机额额定电压压T1004电动机额额定电流流T1005电动机额额定频率率T1006电动机
13、的的磁极数数T1007电动机额额定转速速旋转自测测量：电动机机脱离负负载。变频器通通电，按按下RUUN键，先先让电动动机停止止1分钟钟，再让让电动机机旋转11分钟（转转速约为为额定转转速的550%80%）。按下STTOP键键，中止止自测量量。静止自测测量：电动机机不脱离离负载。变频器通通电，按按下RUUN键，让让电动机机停止11分钟。按下STTOP键键，中止止自测量量。（2）VV5HH系列表222自动动测量相相关功能能（V55H系系列）功能码功能含义义数据码及及含义P9001电动机的的磁极数数P9002电动机额额定转速速P9003电动机额额定功率率P9004电动机额额定电流流P9115参数自整
14、整定1：静止止自整定定；2：旋转自自整定自整定过过程中，如如出现过过电流或或过电压压，可适适当延长长加、减减速时间间。变频器与与电动机机容量不不匹配时时，应选选择静止止自整定定。此外外，在静静止自整整定时，电动机的空载电流应预置为额定电流的40%。243有反馈矢量控制和无反馈矢量控制图227 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）联接附件有反馈矢量控制：外部有转速反馈的矢量控制。转速反馈器件：旋转编码器，有轴型和轴套型之分。变频电动机：选用轴套型编码器，直接套在电动机输出轴上。普通电动机：须通过过渡轴套或过渡轴以安装编码器。联接附件：如变频器不具备直接与编码器相接的端子
15、，则通过专用的联接附件与编码器相接。1有反反馈矢量量控制接接法2相关关功能（艾艾默生TTD30000）功能码功能码名名称数据码及及含义（或或范围）Fb000编码器每每转脉冲冲数099999pprFb001编码器旋旋转方向向0正方方向；11反方向向Fb002编码器断断线后处处理方法法0以自自由制动动方式停停机；1切换换为开环环VF控制制方式图228无反馈矢量控制方式a）无反馈矢量控制示意图b）机械特性曲线簇无反馈矢量控制：无外部转速反馈的矢量控制。3无反反馈矢量量控制图229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）特殊电机要点：矢量控制在进行矢量变换时，部分变换系数是按照
16、4极的配用电动机容量来设定的。因此，当电动机的磁极数和实际容量的差别较大时，矢量变换将出现较大误差。4矢量量控制方方式的适适用范围围25增大转转矩的对对策之三三直接转转矩控制制方式图230直接转矩控制框图1直接转矩控制属于脉冲调速方式。2脉冲的形成由实测转矩与基准转矩比较而得（bangbang控制）。3以保持磁通恒定作为辅助控制。251控控制框图图252主主要优、缺点1优点点（1）动动态响应应能力强强；（2）只只需一个个参数（定定子绕组组电阻），初初次通电电就能测测定。2缺点点（1）转转矩有脉脉动，低低频时较较显著。（2）脉脉冲频率率较低，噪噪音较大大。何谓有效转矩？26变频调调速的有有效转矩
17、矩线261 有有效转矩矩线的概概念图231额定工作点与有效工作点有效转矩：非额定状态下，允许长时间运行的最大转矩。1额定定工作点点与有效效工作点点2UU时的有有效转矩矩线图232 kUk时的有效转矩线a）kUk时的Uf线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线有效转矩线：不同频率时有效工作点的联线。性质：是表示允许正常工作范围的界线，不是特性曲线。262 电动机机变频后后的有效效转矩线线图233 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低频时的有效转矩取决于散热：频率低转速低散热变差。1XXN的有效效转矩线线2有效效转矩线线的改善善图234有效转矩
18、线的改善a）改善前后的有效转矩线b）外部强制冷却c）变频电动机变频电动机的主要特点：（1）有一个直接与电源相接的风扇，以便散热。（2）输出轴较长，以便安装编码器。（3）磁路裕量较大，不易饱和，用户便于掌握。（4）槽绝缘加强，不易击穿。3 XN的有效效转矩线线最最大输出出电压与与功率不不变U1XU1N，PMPMN图235fXfN时的机械特性和有效转矩线a）2倍频以下线b）额频以上机械特性c）有效转矩线高频时有效转矩的恒功率性质一方面：因变频器的输出电压不可能超过额定电压，故fXfN时，比减小，磁通减小，临界转矩也减小。另一方面：频率升高转速升高因功率不能增加，故有效转矩减小。fX比主磁磁通1临界
19、界转矩TKX27电动机机机械特特性的调调整机械特性软、硬可随意！271机机械特性性变硬（转转差补偿偿）图236转差补偿a）运行有转差 b）转差的补偿转差补偿：在给定频率不变的情况下，负载增大时，适当提高输出频率。1转差差补偿的的含义2转差差补偿的的应用举举例图237转差补偿的应用a）额定频率时的补偿 b）低频运行时的补偿额频运行时：可使实际转速高于额定转速。很低频率时：可使电动机很低速运行。272机机械特性性变软（下下垂特性性）图238下垂特性a）电动扶梯上升b）负载重，转速低下垂特性的含义：加大转差，使机械特性变软。下垂特性的作用：重负载时降低转速。1下垂垂特性的的含义2下垂垂特性的的应用举
20、举例图239桥式起重机的大车大车的拖动特点：两侧各由一台电动机拖动，由同一台变频器供电。休息155分钟电气工程师勿忘传动机构！28传传动机构构是拖动动系统的的组成部部分281传动动机构及及其作用用图240传动机构的作用a）传动比为1b）传动比为5传动比增大时：（1）转速降低（2）转矩增大传动动机构的的作用2原理理nLL根据能量量守恒的的原则，有有：TLTM减速器器输出轴轴上的转转矩比电电动机的的输出转转矩增大大了倍！图241传动比与有效转矩（从负载侧看）a）拖动系统举例b）有效转矩线曲线负载机械特性；曲线5时，减速器输出轴的有效转矩从负载侧看拖动系统5：TM48452420Nm（曲线）TL（2
21、258 Nm）能带动。282传传动系统统为啥要要折算？图242 电动机和负载的工作点在同一个nf（T）坐标系里：电动机轴上的数据是50,1440，工作点在Q1。负载轴上的数据是200,360，工作点在Q2。将Q1和Q2变成一点的方法：所有数据都折算到同一轴上。折算算的必要要性2折算算的基本本原则稳态过程程：折算算前后，传传动机构构所传递递的功率率不变。动态过程程：折算算前后，旋旋转部分分储存的的动能不不变。3折算算公式（1）转转速的折折算 nLnLnM（2）转转矩的折折算 TL（3）飞飞轮力矩矩的折算算（GDL2）经减速器器减速后后，电动动机轴上上的飞轮轮力矩减减小了2倍！十十分有利利于电动动
22、机的起起动。经减速速器减速速后，相相当于使使电动机机轴上的的负载减减轻了倍！图243传动比与折算转矩（从电动机侧看）a）拖动系统举例b）有效转矩线曲线电动机额定转矩；曲线5时，负载的折算转矩从电动机侧看拖动系统 5：TL22585451.6Nm（曲线）TMN（484 Nm）能带动。实例：某某电动机机，带重重物作园园周运动动，如图图所示。运行时时，到达达A点后后电动机机开始过过载，到到达B点点时容易易堵转，怎怎样解决决？（上上限频率率为455Hz）。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244重物园周运动加大传动比的结果
23、： 使变速箱输出轴的转矩增大。或使折算到电动机轴上的负载转矩减小。传动比改改变后，工工作频率率的计算算举例负载转速速传动比电动机转转速电动机额额定转速速工作频率率296（不不变）259214800（不变变）20.444118444051480050nN15000114800200r/mminfX能量守恒须牢记！29变变频拖动动系统的的基本规规律291变频频拖动系系统必须须满足哪哪些条件件？图245 拖动系统的功率关系电动机轴上的额定输出功率必须大于负载所需功率！1电动动机与负负载的功功率关系系2电动动机与负负载的转转矩关系系图246拖动系统的转矩关系电动机的有效转矩必须大于负载的折算转矩！29
24、2拖拖动系统统的重要要规律与与常见误误区图247 甩掉减速器不要减速箱，把频率降低为原来的15，一样减速。 误区区一可可以甩掉掉减速器器吗？图248 甩掉减速器a）原来数据b）甩掉减速器的数据（1）电动机在10Hz时的有效功率只有额定功率的15！（2）电动机的额定转矩也远小于负载转矩。错误原因因电动动机降速速后的有有效功率率要随转转速下降降 误区区二通通过加大大工作频频率来提提高生产产率，可可以吗？图249加大工作频率来提高生产率a）原工作状态 b）加大工作频率频率增加1.2倍，线速度也增加1.2倍，可提高劳动生产率？图250 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（1）在
25、额定频率以上运行时，电动机的有效转矩减小。（2）负载的转速提高后，负载所需的功率将增加！错误原因因负载载升速后后所需功功率加大大误区三三 能能否拖动动，主要看看转矩图251 用4极电动机代替6极电动机a）6极电动机拖动 b）4极电动机拖动容量相同的电动机，额定转速高者转矩小。实例1：用4极极电动机机代替66极电动动机实例2：用大容容量电动动机代替替小容量量电动机机图252 用15kW电动机代替11kW电动机a）11kW 、6极电动机拖动 b）15kW 、4极电动机拖动带负载能力的关键要看额定转矩！综合实实例 某排粉粉机，原原拖动系系统数据据:三相整流流子电动动机额定定功率: 1660kWW;额
26、定电流流：2885A，工工作电流流：2334A，负负荷率：A0.82;额定转速速：100503500rminn; 传传动比：2改造为普普通电动动机变频频调速时时：电动机数数据：1160kkW，2275AA，14480 rminn。运行情况况：转速速为10050rrminn时，电电动机过过载，电电流达3316AA。1基本本分析图253 改造前后的数据a）改造前的数据 b）改造后的数据同容量电动机替换时，一定要比较替换前后的额定转矩。2解决决办法改选66极电动动机图254 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增加磁极数的结果：额定转速减小。额定转矩增大。在一定范围内可以加大带负载能力。