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1、第五章变频调速拖动系统的构建教学目的与要求教学目的与要求：了解构建变频调速拖动系统的基本要求掌握不同负载类型的变频调速拖动系统的构建方法。本章重点本章重点：1构建变频调速拖动系统的基本要求2根据负载性质构建变频调速拖动系统的方法第一节 PWM逆变器的基本工作原理及其发展趋向5.1 变频调速拖动系统的组成变频调速拖动系统的组成主要任务主要任务-根据根据控制对象控制对象(负载负载)特性特性来选择来选择：选择电动机的类型、功率、转速等；选择变频器的类型、容量、型号等；决定电动机与负载之间的传动比；选定变频器外围所需要的配件。5.2 5.2 构建变频调速拖动系统的基本要求构建变频调速拖动系统的基本要求
2、基本要求：负载的机械特性。确定异步电动机在实施了变频调速后，在整个频率范围内者能否带动负载，能否长时间地运行。电动机在变频调速后的有效转矩线。在机械特性方面的要求在机械特性方面的要求1对调速范围的要求对调速范围的要求 任何调速装置的首要任务，就是必须满足负载对调速范围的要求。2对机械特性对机械特性“硬度硬度”的要求的要求 3对升、降速过程及动态响应的要求对升、降速过程及动态响应的要求(1)升速-负载对启动转矩的要求(2)降速-负载对制动过程的要求-是否需要制动电阻，以及需要多大的制动电阻-经常处于再生制动经常状态的负载(如起重机)是否采用电能反馈（向电网反馈能量）4负载对动态响应的要求-是否需
3、要高性能的变频器高性能的变频器 无传感器（无转速反馈）的矢量控制方式 具有转速反馈环节的矢量控制方式 直接转矩控制5.2.2 在运行可靠性方面的要求在运行可靠性方面的要求 1过载能力-过载倍数及持续时间过载倍数及持续时间-电机的过载能力-变频器的过载能力 2机械振动和寿命避免机械谐振的问题；高速(超过额定转速)时，机械的振动以及各部分轴承的磨损问题等。5.3 5.3 变频调速时电动机的有效转矩线变频调速时电动机的有效转矩线有效转矩线的概念有效转矩线的概念有效转矩有效转矩-电动机在某一频率下允许连续运行的最大转矩。有效转矩有效转矩线线-电动机允许工作范围的曲线 5.3.2 fx fN时的有效转矩
4、线 5.3.3 fx fN时的有效转矩线1异步电动机在 fx fN时的特点当在 fx fN时，Ux=UN，因此，随着f的上升，主磁通将减小。电动机的额定电流是由电动机的允许温升决定的，所以，不管在多大的频率下工作，电动机的允许工作电流是不变的。2当fx fN时的有效转矩线 功率不变的有效转矩线。过载能力不变的有效转矩线。全频率范围内的有效转矩线。5.4 5.4 恒转矩负载变频调速系统的构建恒转矩负载变频调速系统的构建考虑：频率范围、调速范围和负载转矩要求，从而确定电动机和变频器。5.4.1 工作频率范围的选择工作频率范围的选择1最低工作频率表51各种控制模式的最低工作频率 允许负载率允许负载率
5、()控制模式控制模式最低工作频率最低工作频率Hz 无外部通风无外部通风 有外部通风有外部通风 有反馈矢量控制有反馈矢量控制 0.1 0.1 75 100 100 无无反馈矢量控制反馈矢量控制1 1 80 100 100 V Vf控制控制 5 5 50 55 2最高工作频率-取决于允许的负载率负载重时最高频率受限。5.4.2 调速范围与传动比调速范围与传动比1调速范围和负载率的关系 2负载率与传动比的关系负载率与传动比的关系 -负载转矩折算到电动机轴上的值是和传动比有关的。传动比越大，则负载转矩的折算值越小，电动机轴上的负载率也就越小。3调速范围与传动比的关系调速范围与传动比的关系 由表5-2可
6、知-当调速范围不能满足负载要求时，可以考虑通过适当增大传动比，来减小电动机轴上的负载率，增大调速范围。4传动比的选择举例 5.4.3 电动机和变频器的选择电动机和变频器的选择1电动机的选择(1)可供选择的方法如对于如何实现变频调速不做任何限制，则有以下几种方法：原有电动机不变，增大传动比。原有电动机不变，增加外部通风，并采用带转速反馈的矢量控制方式（可加时）。选择同容量的变频调速专用电动机，并采用带转速反馈的矢量控制方式。采用普通电动机，不增加外部通风和传动比，也不采用带转速反馈的矢量控制方式，而是增大电动机容量。(2)选择原则如果属于旧设备改造，则应尽量不改变原有电动机。如果是设计新设备，则
7、应尽量考虑选用变频调速专用电动机，以增加运行的稳定性和可靠性。如果在增大传动比以后，电动机的工作频率过高，则可考虑采取增大电动机容量以降低工作频率的方法。(3)电动机最高工作频率的确定磁极对数P2的普通电动机：当在 fx 2fN，电动机的有效转矩与频率成反比，将减小很多，其值为 ，一般难以满足负载要求。一般来说，在拖动恒转矩负载时，实际工作频率的范围取 P=1的普通电动机：在额定频率以上运行时，电动机转速超过3 000 rmin。这时，需要考虑轴承和传动机构的磨损及振动等问题 2变频器的选择(1)容量的选择(2)变频器的类型及控制方式的选择需要考虑的因素有：调速范围负载转矩的变动范围负载对机械
8、特性的要求5.5 恒功率负载变频系统的构建5.5.1 恒功率负载系统构建的主要问题恒功率负载系统构建的主要问题主要问题主要问题-如何减小拖动系统的容量目标：电动机的容量和通用变频器的容量均最小-电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致 如在基频以下恒功率，即fx fN 考虑到传动过程中最大转速的需要而恒功率负载实际所需功率为 1实 例最高转速时的负载功率：最低转速时的负载功率：如果把频率范围限制在fx fN所需电动机最大转矩为电动机的额定转速又必须满足负载的最高转速电动机的容量应满足 2减小容量的对策 3 时两挡传动比时的系统容量 电动机和变频器的选择1电动机容量和类别
9、的选择 在最高工作频率不超过两倍额定频率的前提下，通过适当调整传动机构的传动比，尽量减小电动机的容量。2变频器的容量和类别的选择56 平方律负载变频调速系统的构建平方律负载的特点：平方律负载的特点：负载的阻转矩与转速的二次方成正比，负载的功率与转速的三次方成正比。5.6.1 平方律负载系统构建的主要问题平方律负载系统构建的主要问题主要问题主要问题-如何得到最佳节能效果。节能效果与节能效果与Vf线的关系线的关系 平方律负载系统电动机与变频器的选择平方律负载系统电动机与变频器的选择1电动机的选择 通常出厂时配套供货。2变频器的选择宜选用风机、水泵专用变频器。过载倍数低。特别注意：当工作频率高于额定
10、频率时，负载的转矩有可能大大超过额定转矩，使电动机过载。配置了进行多台控制的切换功能。配置了一些其他专用于能耗控制的功能。5.7 直线律负载变频系统的构建直线律负载变频系统的构建直线律负载及其特性直线律负载及其特性1转矩特点转矩特点-负载阻转矩与转速成正比2功率特点功率特点-负载的功率与转速的二次方成正比直线律负载系统变频器的选择直线律负载系统变频器的选择基本要点与二次方律负载类同 5.8 对混合特殊性负载变频器的选择对混合特殊性负载变频器的选择混合特殊性负载及其特性混合特殊性负载及其特性5.8.2 对混合特殊性负载变频器的选择对混合特殊性负载变频器的选择 根据对系统要求的精度指标选择根据对系统要求的精度指标选择