变频器资料

第二讲 知己知彼说变频

一．基本关系要牢记

（一）能量守恒是根本 １．拖动系统的最基本条件

ＰMN≥ＰL

图２－１ 拖动系统的功率 2

２．调速电动机的特点

（１）电动机的输出转矩不能增大 ∵

ＴM＝ＫT·ＩM·Φ·cosφ

电流大了要“发烧”，磁通大了要饱和。 ∴ ＴM≯ＴMN

（２）在额定转速以下，有效输出功率随转速而下降

如果

ｎMX↓

必有

ＰME＝TMNnMX↓

9550 图２－２ 电动机调速的特点

3

３．某些违反能量守恒的想法

（１）能否不要减速器，直接通过变频器降速？

图２－３ 能量失衡的实例１

4

（２）为了提高生产效率，能否通过提高频率来实现？

图２－４ 能量失衡的实例２

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（一）能量守恒是基本 （二）能否拖动转矩争

图２－５ 带动负载比转矩

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（一）能量守恒是基本 （二）能否拖动转矩争 （三）运行还要看温升

图２－６ 负载变化和散热

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一．基本关系要牢记

二．负载条件是上帝

（一）转矩变化看特性

１． 恒转矩负载

图２－７ 恒转矩负载示例 ＴL＝Ｆ·ｒ

Ｆ──磨擦力，ｒ──滚轮半径，都和ｎL无关。

ＰL＝ＴLｎL∕９５５０∝ｎL

特点：

ＴL＝ｃｏｎｓｔ

ＰL＝ＫPｎL

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２． 恒功率负载

图２－８ 恒功率负载示例

ＴL＝Ｆ·ｒ

Ｆ──薄膜张力，要求恒定；ｖ──薄膜线速度，也要求恒定。 ｒ──卷取半径。 随着ｒ越卷越大：

（１）∵Ｆ恒定，∴ＴL增大；（２）∵ｖ恒定，∴ｎL必减小。 特点：

ＰL＝ｃｏｎｓｔ

ＴL＝ＫT（ＰL /ｎL）＝ＫT（１/ｎL）

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３． 二次方律负载

图２－９ 二次方律负载示例 （ａ）卷取机械 （ｂ）机械特性 （ｃ）功率特性 特点：

ＴL＝ＫT·ｎL2

ＰL＝ＴL·ｎL∕９５５０ ＝ＫT·ｎL2·ｎL∕９５５０ ＝ＫP·ｎL3

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４．混合特性负载

图２－１０ 混合特性负载 （ａ）车的机械特性 （ｂ）龙门刨床的机械特性

混合型机械特性主要见于各类金属切削机床中。特点： （１）低速段：阻转矩由切削力构成，具有恒转矩特性； （２）高速段：受床身机械强度的限制，只能恒功率调速。

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（一）转矩变化看特性 （二）发热要由工况定

电动机的温升曲线 图中： θ

N──额定状态下的稳

定温升；

τ──发热时间常数。 曲线①──实际温升曲线；

曲线②──不散热情况下的温升曲线。

根据负载工况的不同，电动机的温升特点也不相同，一般说来，可分为：

１．连续负载 如图２－９所示

图２－１１ 电动机的温升曲线 图２－１３ 连续负载 12

２．断续负载和短时负载

图２－１４ 非连续负载 （ａ）断续负载 （ｂ）短时负载 短时负载举例

图２－１５ 短时负载举例 13

一．基本关系要牢记

二．负载条件是上帝

三．变频本领须有底

（一）能力须瞧有效线 １．有效转矩线的定义

图２－１６ 电动机的有效工作点 把不同频率下的有效工作点联接起来，便得到异步电动机在变频调速时的有效转矩线，如图２－１６所示。

图２－１７ ｋU＝ｋf时的有效转矩线 14

有效转矩线只表明拖动系统能够正常运行的工作范围，拖动系统的工作点通常不在有效转矩线上，如图２－１８所示。

图２－１８ 有效转矩线与工作点

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（一）能力须瞧有效线 （二）低频散热是关键

１．完全补偿的有效转矩线

图２－１９ 完全补偿的有效转矩线

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２．功耗与散热

图２－２０ 功耗与散热对有效转矩线的影响 ３．实际有效转矩线

图２－２１ 实际有效转矩线

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（一）能力须瞧有效线 （二）低频散热是关键 （三）高频功率不能变

∵当ƒX＞ƒN时，ＵX＝ＵN＝ｃｏｎｓｔ ∴Ｐ1X＝３ＵNＩNｃｏｓφ1≈ＰN＝ｃｏｎｓｔ

图２－２２ 额频以上的有效转矩线 18

一．基本关系要牢记 三．变频本领须有底

二．负载条件是上帝

四．传动机构细算计

（一）机械功率要传递

图２－２３ 常见的传动机构

传动比：

λ＝ｎM∕ｎL

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（一）机械功率要传递

（二）能量守恒须牢记

ＰM＝ＴMｎM∕９５５０；ＰL＝ＴLｎL∕９５５０

ＰM≈ＰL ｎL＝ｎM∕λ ＴL＝ＴM·λ

可见，经传动机构减速后： （１）负载侧的转速下降， （２）但转矩增大。

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（一）机械功率要传递 （二）能量守恒须牢记

（三）折算为了坐标系

图２－２４ 电动机和负载的工作点

图中，电动机的工作点Ｑ1：（３５，１５００） 负载的工作点Ｑ2：（１４０，３７５） 折算公式：

ｎL’＝ｎL ·λ＝ｎM ＴL’＝ＴL∕λ

（ＧＤ2）’＝（ＧＤ2）∕λ

物理意义

经传动机构减速后：

2

（１）电动机轴上的负载减轻； （２）电动机轴上的飞轮力矩大为减小。

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（一）机械功率要传递 （三）折算为了坐标系

（二）能量守恒须牢记

（四）遇事常想传动比

１．传动比与电动机的容量

实例：某负载：ＴL＝８９

Ｎ·ｍ；ｎL＝３７５ｒ∕ｍｉｎ；ＰL＝３.５ｋＷ。

电动机：２ｐ＝４；ｎMN≈ｎM0＝１５００ｒ∕ｍｉｎ，ｓ≈０。

λ＝１

（１）电动机的转速

因为λ＝１，所以：

ｎMX＝ｎL＝３７５ｒ∕ｍｉｎ 因ｐ＝２、ｓ≈０，故工作频率：

ƒX＝

pnMX＝１２.５Ｈｚ 60（２）电动机的转矩

因为λ＝１，所以：ＴMN＝ＴL＝８９Ｎ·ｍ （３）电动机的容量

ＰMN＝

891500＝１３.９８ｋＷ 9550 图２－２４ λ＝１ 22

选用ＰMN＝１５ｋＷ的电动机。

（４）说明：１５ｋＷ的电动机运行在１２.５Ｈｚ时，其输出功

率只有３.７５ｋＷ。 λ＝２

（１）电动机的转速

因为λ＝２，所以：

ｎMX＝ｎL’＝３７５×２＝７５０ｒ∕ｍｉｎ

工作频率 因为 ｐ＝２、ｓ≈０，所以：

ƒX＝

pnMX＝２５Ｈｚ 60（２）电动机的转矩

因为λ＝２，所以：

ＴMN＝ＴL’＝８９∕２＝４４.５Ｎ·ｍ

（３）电动机的容量

ＰMN＝

44.51500＝７.０ｋＷ 9550选用ＰMN＝７.５ｋＷ的电动机。

图２－２５ λ＝２ 23

（４）说明：

７.５ｋＷ的电动机运行在２５Ｈｚ时，其输出功率只有３.７５ｋＷ。 λ＝４

（１）电动机的转速 因为λ＝４，所以：

ｎMX＝ｎL’＝３７５×４＝１５００ｒ∕ｍｉｎ ＝ｎMN 明显的是，因为电动机的转速等于额定转速，所以，其工作频率也必等于额定频率：

ƒX＝ƒN＝５０Ｈｚ

因为λ＝４，所以：

（２）电动机的转矩

ＴMN＝ＴL’＝８９∕４＝２２.２５Ｎ·ｍ

（３）电动机的容量

ＰMN＝

22.251500＝３.５ｋＷ

9550选用ＰMN＝３.７ｋＷ的电动机。

图２－２６ λ＝４ 24

２．传动比与电动机的起动

某锯片磨床，卡盘直径达２ｍ。

传动比为λ＝５，电动机的容量为３.７ｋＷ。

图２－２７ 锯片磨床示意图

存在问题： 起动较困难。

起动困难的原因：卡盘的飞轮力矩（ＧＤ2）太大。 解决办法：将传动比增大为λ＝７.５。 将传动比增大后，卡盘可以在５ｓ内起动起来。

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一．基本关系要牢记 三．变频本领须有底

二．负载条件是上帝 四．传动机构细算计

五．选用变频要仔细

（一）变频影响应有数

１．对电流的影响

有关资料表明，同为５０Ｈｚ、输出额定转矩时，变频时的电流

约增大（５～１０）％。

２．对磁路的影响

图２－２８ 变频对磁路的影响 （ａ）工频运行 （ｂ）运行在１０Ｈｚ

３．对发热的影响

４．对效率和功率因数的影响 （１）对效率的影响

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与工频运行相比，同样工作在５０Ｈｚ下，变频时电动机的效率略低。

（２）对功率因数的影响

电动机的功率因数也略有下降。 ５．对电机绝缘的影响

普通电动机在进行变频调速时，绝缘较易击穿。

（一）变频影响应有数 （二）专用电机有建树

１．加强散热

风扇设置在电动机外部，并直接与３８０Ｖ相接。 ２．加强槽绝缘

使槽绝缘能足够抵御电压脉冲的冲击。 ３．增大了电磁负荷 使磁路不易饱和。

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（一）变频影响应有数 （二）专用电机有建树 （三）品牌繁多要有谱

图２－２９ 变频器的类别与特点 28

（一）变频影响应有数 （三）品牌繁多要有谱 （四）选择原则须评估

１．容量选择

（二）专用电机有建树 （１）风机、水泵：按说明书的配用电动机容量选择。 （２）恒转矩与恒功率负载：如运行中经常过载者，应考虑加大变频器的容量。

２．型号选择（专用者除外）

（１）对机械特性及调速范围要求不高者，尽量采用一般通用系列。

（２）对机械特性及调速范围要求较高者，应选用具有矢量控制功能的变频器，一般情况下，尽量采用无反馈矢量控制即可。

（３）对动态响应有较高要求者，选用有反馈矢量控制模式。 ３．品牌选择

（１）一般情况下，尽量选用国产变频器，有利于维修。 （２）对于一旦发生故障，造成重大损失甚至可能对人生安全构成威胁者，则应选择高品牌变频器。