知己知彼配变频.docx

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知己知彼配变频

第4讲知己知彼用变频

4．１变频本领有效线

图４－1异步电动机的机械特性

4．1．１电机特性三个点

１．理想空载点电动机输出轴上的转矩为０，称为理想空载：

（０，ｎ0）

２．起动点电动机刚接通电源，但转速仍为０时称为起动点：

（ＴS，０）

通常：

ＴS≥１.５ＴMN

３．临界点拐点Ｋ称为临界点：

（ＴK，ｎK）

通常：

ＴK≥２.０ＴMN

4．1．2运行要看工作点

图４－2拖动系统的运行状态与工作点

１．拖动系统的运行状态

（１）负载较轻ＴL1小，ＴM1也小，拖动系统工作在Ｑ1点；

（２）负载较重ＴL2大，ＴM2也大，拖动系统工作在Ｑ２点。

２．拖动系统的工作点

（１）ｎ＝ｎQＴL＝ＴM＝ＴQ

（２）ｎ＝ｎ1＜ｎQＴL减小为ＴL1，ＴM增大为ＴM1

ＴL1＜ＴM1

拖动系统作加速运行。

直至转速上升到Ｑ点时为止。

（３）ｎ＝ｎ2＞ｎQＴL增大为ＴL2，ＴM减小为ＴM2

ＴL2＞ＴM2

拖动系统作减速运行。

直至转速下降到Ｑ点时为止。

4．1．3能力须瞧有效线

4．1．3．1有效转矩线的概念

图４－3额定工作点与有效工作点

１．额定工作点与有效工作点

图４－4ｋU＝ｋƒ时的有效转矩线

２．ｋU＝ｋƒ时的有效转矩线

３．有效转矩线与工作点

图４－5有效转矩线与工作点

有效转矩线是说明电动机允许工作范围的曲线，而不是说明电动机工作状态的特性曲线。

因此，不能在有效转矩线上决定工作点。

负载的运行段

图４－6负载的运行段

4．1．3．２　ƒX≤ƒN的有效转矩线

图４－7散热和有效转矩的关系

１．电动机的散热与有效转矩

２．有效转矩线的改善

图４－8有效转矩线的改善

4．1．3．３ƒX＞ƒN的有效转矩线

１．ƒX＞ƒN时的特点

（１）输出电压不变

U1X≡U1N＝ｃｏｎｓｔ

（２）主磁通减小

∵Ｕ∕ƒ比下降

∴主磁通Φ1也减小。

（３）允许电流不变

（４）电动机的最大输入功率基本不变

Ｐ1X＝３U1NＩｃｏｓφ1X≈ｃｏｎｓｔ

２．ƒX＞ƒN时的有效转矩线

图４－１７ƒX＞ƒN时的机械特性和有效转矩线

（ａ）机械特性曲线簇（ｂ）有效转矩线

有效转矩的大小与转速成反比：

ＴMEX＝

∝

4．2基本关系不能偏

图４－10拖动系统的功率

4．2．1能量守恒要牢记

4．2．2带动负载转矩比

图４－11带动负载比转矩

既要在高速范围内带得动负载；

又不要大马拉小车。

4．2．3　电机降速功率低

图4－12　电机降速功率低

4．2．4　违反规律有实例

图４－13甩掉减速器

（1）实例１

（2）实例2

图４－14加大工作频率来提高生产率

（3）实例3

图4－15　减小传动比来提高生产率

4．3　恒转矩传输较常见

4．3．1　传输机械最普通

图４－16恒转矩负载及其特性

运动的阻力：

F──与转速无关；

作用半径：

ｒ──与转速无关；

负载的恒转矩：

TL＝F•ｒ──与转速无关。

∴在调速过程中，TL＝const。

PL＝

∝ｎL

4．3．2　重载变频能起动

某重灰炉（用于粉末状物料的干燥）的炉体，必须重载起动。

曾采用软起动器起动，十分困难，只能减载起动，不符合工艺要求。

如采用变频器起动，能否起动起来？

电动机数据：

PMN＝250ｋW；ｎMN＝1480ｒ∕ｍ；IMN＝461A

运行电流IM＝380～440A。

负载转速：

ｎL＝6ｒ∕ｍ。

齿轮箱传动比：

λ＝247

图4－17　重灰炉示意图

因为：

1．软起动器起动实质是降压起动，起动转矩比额定转矩低得多；

2．采用变频器后，起动转矩可达电动机额定转矩的150%～200%。

所以，采用变频器后，完全可以起动。

3．具体计算：

（1）电动机额定转矩

TMN＝

＝1613Nｍ

（2）折算到负载轴上的额定转矩

TM’＝λTMN＝247×1613＝398400Nｍ

（3）电动机的最大负荷率

σ＝

＝95.4%

（4）负载的最大转矩

TLmax＝39840×95.4%＝380000Nｍ

4．变频器选择

选PN＝250ｋW；IN＝477A

4．3．3　范围不够找传动　

图4－18有效转矩线

１．调速范围和负荷率的关系

σ＝

负荷率

最高频率

最低频率

调速范围

１００％

５０Ｈｚ

２０Ｈｚ

２．５

９０％

５６Ｈｚ

１５Ｈｚ

３．７

８０％

６２Ｈｚ

１１Ｈｚ

５．６

７０％

７０Ｈｚ

６Ｈｚ

１１．６

２．满足调速范围的途径

例：

某恒转矩负载：

TL＝１４０Ｎｍ。

ｎmax＝７２０ｒ/ｍｉｎ；nmin＝８０ｒ/ｍｉｎ（αn＝９）

原选电动机的数据：

ＰMN＝１１ｋＷ，ｎMN＝１４４０ｒ/ｍｉｎ。

采用变频调速的计算如下：

（１）电动机额定转矩ＴMN＝

＝７２.９５Ｎｍ

（２）负载转矩的折算值ＴL’＝

＝７０Ｎｍ

（３）电动机的负荷率　σ＝

＝０.９６

（4）满足调速范围的思考

由表，如果负荷率为７０％的话，则调频范围为

αƒ＝

＝１１.７＞αn（＝９）

电动机轴上的负载转矩应限制在：

ＴL’≤７２.９５×７０％＝５１Ｎｍ

确定传动比：

λ’≥

＝２.７４５

选λ’＝２.７５

（5）功能预置要点（采用富士G11S系列变频器）

功能码

功能名称

数据码

数　据　码　含　义

F01

频率设定1

外接电压输入（0～＋10V）

　F02

运行操作

由外接FWD端子输入运行指令

　F03

最高频率

70Hｚ

　F04

基本频率

50Hｚ

　F06

最高电压

380V

4．3．4　向下运料再生中

图4－19　向下传输的控制

1．工作特点

（1）被传输物体具有向下的拖动力F：

F＝G·sinθ

在F的作用下，电动机的实际转速有可能超过同步转速而处于再生制动状态。

（2）为了防止停机时传输带下移，选用电磁制动电动机。

额定数据为：

PMN＝55ｋW；IMN＝102.5A

2．制动电阻的选择

（1）制动转矩选TB＝TMN（IB＝IMN∕2）

（2）制动电阻（向下传输时将连续处于再生状态）

IB＝IMN∕2＝102.5∕2＝51.25A

RB＝700∕51.25＝13.66Ω≈14Ω

PB＝7002∕14＝35000W＝35ｋW

3．变频器的选择与主要功能预置

（1）变频器的选择当应用于输煤或输送石料时，经常发生过载，故变频器的容量应加大一档，选TD3000－4T0750G变频器。

（2）主要功能预置（采用艾默生TD3000系列变频器）

功能码

功能内容

数据码

备　　注

F0.02

控制方式

V∕F控制方式

F0.03

频率设定方式

输入端子UP∕DOWN控制

F0.05

运行命令选择

端子控制

F0.10

加速时间1

10ｓ

F0.11

减速时间1

10ｓ

F2.01

起动频率

5Hｚ

增大起动时的冲击力

F2.10

直流制动起始频率

5Hｚ

F2.11

直流制动电流

100%

与电动机额定电流相等

F2.10

直流制动时间

1ｓ

F4.01

转矩提升

20.0%

根据调试情况确定

F5.01

输入端子X1功能

频率递增指令（UP）

F5.02

输入端子X2功能

频率递减指令（DOWN）

F5.03

输入端子X3功能

三线控制方式

F5.09

输出端子Y1功能

零速运行，用于控制抱闸

4．3．5　溜钩问题消无踪

１．起升机构的大致组成

图4－20起升机构的结构

２．起升机构的转矩分析

（１）电动机的转矩ＴM是主动转矩，方向可正可负；

（２）重力转矩ＴG由重物及吊钩等作用于卷筒的转矩：

ＴG＝Ｇ·ｒ

ＴG的方向永远是向下的。

（３）磨擦转矩Ｔ0方向永远与运动方向相反。

3．起升过程中电动机的工作状态

图4－21　四象限运行的特点

（１）四象限运行的特点

图4－22重物上升时的工作点

（２）重物上升

图4－23空钩下降时的工作点

（２）空钩（包括轻载）下降

图4－24重载下降时的工作点

（３）重载下降

5．变频调速系统中的防溜钩措施

图4－25　吊钩电动机的结构特点

（1）吊钩电动机的结构特点

图4－26三菱变频器的防溜钩控制

（2）防止溜钩的控制过程