变频电机与工频电机的区别及电机扭矩计算公式.docx

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变频电机与工频电机的区别及电机扭矩计算公式

之迟辟智美创作

变频机电与工频机电有什么区别

一、普通异步电念头都是按恒频恒压设计的，不成能完全适应变频调速的要求.以下为变频器对机电的影响

1、电念头的效率和温升的问题

不论那种形式的变频器，在运行中均发生分歧水平的谐波电压和电流，使电念头在非正弦电压、电流下运行.拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率年夜一倍左右的高次谐波分量为：

2u+1（u为调制比）.高次谐波会引起电念头定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗.因为异步电念头是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较年夜的转差切割转子导条后，便会发生很年夜的转子损耗.除此之外，还需考虑因集肤效应所发生的附加铜耗.这些损耗城市使电念头额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电念头运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%－－20%.

2、电念头绝缘强度问题

目前中小型变频器，很多是采纳PWM的控制方式.他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电念头定子绕组要接受很高的电压上升率，相当于对电念头施加陡度很年夜的冲击电压，使电念头的匝间绝缘接受较为严酷的考验.另外，由PWM变频器发生的矩形斩波冲击电压叠加在电念头运行电压上，会对电念头对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化.

3、谐波电磁噪声与震动

普通异步电念头采纳变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂.变频电源中含有的各次时间谐波与电念头电磁部份的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力.当电磁力波的频率和电念头机体的固有振动频率一致或接近时，将发生共振现象，从而加年夜噪声.由于电念头工作频率范围宽，转速变动范围年夜，各种电磁力波的频率很难避开电念头的各构件的固有震动频率.

4、电念头对频繁启动、制动的适应能力

由于采纳变频器供电后，电念头可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动缔造了条件，因而电念头的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题.

5、低转速时的冷却问题

首先，异步电念头的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较年夜.其次，普通异步电念头再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电念头的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出.

二、变频电念头的特点

1、电磁设计对普通异步电念头来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数.而变频电念头，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电念头对非正弦波电源的适应能力.方式一般如下：

1）尽可能的减小定子和转子电阻.减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增

2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电念头的电感.但转子槽漏抗较年夜其集肤效应也年夜，高次谐波铜耗也增年夜.因此，电念头漏抗的年夜小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性.

3）变频电念头的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压.

2、结构设计再结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频机电的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：

1）绝缘品级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力.

2）对机电的振动、噪声问题，要充沛考虑电念头构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波发生共振现象.3）冷却方式：

一般采纳强迫通风冷却，即主机电散热风扇采纳自力的机电驱动.

4）防止轴电流办法，对容量超越160KW电念头应采纳轴承绝缘办法.主要是易发生磁路分歧毛病称，也会发生轴电流，当其他高频分量所发生的电流结合一起作用时，轴电流将年夜为增加，从而招致轴承损坏，所以一般要采用绝缘办法.

5）对恒功率变频电念头，当转速超越3000/min时，应采纳耐高温的特殊润滑脂，以赔偿轴承的温度升高.

变频机电可在0.1HZ－－130HZ范围长期运行，

普通机电可在：

2极的为20－－65hz范围长期运行.

4极的为25－－75hz范围长期运行.

6极的为30－－85hz范围长期运行.

8极的为35－－100hz范围长期运行.

变频器自动调频控制原理及实例

发布日期：

2010-05-31  浏览量：

51  【字体：

年夜中小】

     目前，变频器在机械、化工、电力、冶金以及民用等各个领域的应用已经日益广泛，变频器的使用不单仅局限于电气技术人员的应用范畴.作为一名服务生产现场的仪表自控人员，了解变频器，掌握变频器的基来源根基理以及罕见故障的处置，在实际生产中尤为重要.同时，它又是提升自身自控系统能力的一种工具.

    一、变频器的简单介绍

    变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现机电变速运行的设备.

    1. 变频器的基本结构

    2. 其中各个电路的作用

    a. 控制电路

    控制电路完成对主电路的控制.它将信号传给整流器、中间电路和逆变器，同时接受来自这些部份的信号.变频器都是由控制电路利用信号来开关逆变器的半导体器件，这是所有变频器的共同点.

    b. 整流器

    整流器与单相或三相交流电源相连接，发生脉动的支流电压.整流电路将交流电变换成直流电（交—直变换）.

    c. 中间电路

    直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波.将整流电压变换成支流电流；使脉动的支流电压变得稳定平滑，供逆变器使用；将整流后固定的支流电压变换成可变的交流电压.

    d. 逆变器

    逆变器发生电念头电压的频率，逆变电路将直流电再逆酿成交流电（直—交变换）.

    二、变频器在生产中的应用（以富士G7变频器为例）

    1. 变频器的控制原理（见图2）

    变频调速装置电路由空气开关QF2，交流接触器KM1和变频器U1组成，由装置在电气控制柜面板上的转换开关按钮S1，启动开关按钮S2；或装置在现场防爆把持柱上启动按钮和停止按钮；以及DCS控制系统的启动、停止按钮来控制U1的运行. 

    启动U1时必需先闭合QF1和QF2，以及控制回路上的QF12（见图3）：

（1）电念头上PTC1处于得电状态，用于电动超温呵护；

（2）电气控制柜面板上的启动开关按钮S2置于启动位置，空气开关QF2得电时，其联动常开触点闭合，使得交流接触器KM1得电；则KM1常开触点闭合，变频器处于受电状态；

    （3）此时按下DCS系统画面上的启动按钮或现场防爆把持柱上的启动按钮，则K1得电，同样，K1的常开触点闭合；这样，变频器处于运行状态，同时K1的常开触点闭合将DCS启动按钮或现场的启动按钮进行自保.

    2. 变频器频率调节回路（见图2、图4）

（1）QF11闭合，通过交—直流电源转换，提供24V电源分别供给“电压U/电流I”和“电流I/电流I”转换器.DCS系统画面上以0～100%的信号，控制系统通过模拟输出卡FM151输出4～20mA电流信号，以及“电流I/电流I”转换器的转换为变频器提供适当的电流信号，作为变频器的模拟输入端（AM、AC）的输入.

（2）变频器经过内部转换，其模拟量输出端（FM、AC）的输出信号通过“电压U/电流I”转换器变换成相应的4～20mA电流信号；通过DCS控制系统模拟输入卡FM148A在DCS系统画面上显示变频器的运行频率百分数（%），可对应计算频率值.目前DCS系统的组态软件功能已经十分强年夜，通过DCS法式组态，可直接在画面上显示变频器的运行频率.

    3. 变频器应用扩展

    通常为了生产平安，在变频器回路上均加一旁路接触器KM2；如果KM1或变频器自己发生故障时保证电念头仍能正常运行.也可通过变频器的外接频率给定端提供10V电源（A1，A3）和4～20mA电流信号（A1，A2），通过电压或电流信号的年夜小变动来控制变频器的频率变动.

    三、变频器罕见故障的分析与处置

    造成变频器故障的原因不外乎外部干扰与内部自己故障.外因包括外部的电磁感应干扰，装置环境恶劣，电源呈现缺相、低电压、停电的异常状况，以及雷击形成的感应雷电等.

    1. 过流故障（OC）

    过流故障可分为加速、减速、恒速过电流.其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的.这时，一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查.如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器. 

    如果无这些现象，可能是误报警，按复位键后重新运行，看是否还呈现过流现象.

    2. 过载呵护（OL）

    过载故障包括变频器过载和电念头过载.其可能是加速时间太短，直流制动量过年夜、电网电压太低、负载过重等原因引起的.一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等来解决.负载过重，所选的电念头和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑欠好引起.如前者则必需更换年夜功率的电念头和变频器；如后者则要对生产机械进行检修. 

    另外，还可通过检查电念头温度是否正常，三相电压是否平衡：

不服衡则检查变频器的输出，平衡则考虑变频器的U/f曲线设置不妥或电念头参数设置有问题.

    3. 过热呵护（OH）

    唯一的解决法子是通风.

    4. 过压故障（OU）

    变频器的过电压集中暗示在直流母线的支流电压上.变频器呈现过压故障，一般是雷雨天气，由于雷电串入变频器的电源中，使变频器直流侧的电压检测器举措而跳闸，在这种情况下，通常只须断开变频器电源1min左右，再合上电源，即可复位；另一种情况是变频器驱动年夜惯性负载，就呈现过压现象，对这种故障，一是将减速时间参数设置长些或增年夜制动电阻或增加制动单位；二是将变频器的停止方式设置为自由停车. 

    5. 其他故障

    参数设置类故障：

一旦发生了参数设置类故障后，变频器都不能正常运行，一般可根据说明书进行修改参数.如果以上不成，最好是能够把所有参数恢复出厂值，对每一个公司的变频器其参数恢复方式也不相同.有一键恢复的，也有一步一步重新设置的.总的来说，越是先进的变频器，其恢复参数的功能越是方便快捷.

    另外还有欠电压（LU）、温渡过高、硬件故障、通信故障等现象.

    四、结束语

    变频器的应用范围很广，虽然在实际使用过程中变频器故障率非常低，可是要想在生产中利用好、使用好变频器、熟悉变频器的结构原理、了解其罕见故障.对技术人员特别是与之相关联的仪表自控人员，更有利于自控系统的设计与应用.在满足工艺的前提下，合理有效配置变频系统，才华使设备发挥更年夜的效率.

一、变频器的分类

1.1 变频器按其供电压分为高压变频器 （ 220V 和 380V ） 、中压变频器 （ 660V 和 1140V ） 和高压变频器 （ 3KV、 6KV、6.6KV、10KV ）.

1.2 变频器按其功能分为恒功率变频器、平方转矩F1500P系列变频器、简易型变频器、通用型ZY-G800系列变频器、电梯专用变频器等.

1.3 变频器按直流电源的性质分为电流型变频器和电压型变频器.

1.4 变频器按输出电压调节方式分为 PAM 输出电压调节方式变频器和 PWM 输出电压调节方式变频器.

1.5 变频器按控制方式分为 U/f 控制方式和转差频率控制方式两种.

1.6 变频器按主开关器件分为IGBT、GOT、BJT三种.

1.7 变频器按外型分为塑壳变频器 （ 小功率 ）、 铁壳变频器 （ 多为中功率）、柜式变频器 （ 年夜功率 ） .

二、变频器选型注意事项

变频器不是在任何情况下都能正常使用，因此用户有需要对负载、环境要求和变频器有更多了解.

2.1 负载类型和变频器的选择：

电念头所带动的负载纷歧样，对变频器的要求也纷歧样.

2.1.1 风机和水泵是最普通的负载：

对变频器的要求最为简单，只要变频器容量即是电念头容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变动的音乐喷泉需加年夜容量）.

2.1.2 起重机类负载：

这类负载的特点是启动时冲击很年夜，因此要求变频器有一定余量.同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单位或采纳共用母线方式.

2.1.3 不均行负载：

有的负载有时轻，有时重，此时应依照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等.

2.1.4 年夜惯性负载：

如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很年夜，因此启动时可能会振荡，电念头减速时有能量回扩 应该用容量稍年夜的变频器来加快启动，防止振荡.配合制动单位消除回馈电能.

2.2 其他注意事项：

2.2.1 长期低速动转，由于机电发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必需采纳加年夜减速比的方式或改用6级机电，使机电运转在较高频率附近.

2.2.2 变频器装置地址必需符合标准环境的要求，否则易引起故障或缩短使用寿命；变频器与驱动马达之间的距离一般不超越50米，若需更长的距离则需降低载波频率或增加输出电抗器选件才华正常运转.

三、变频器使用注意事项

3.1 物理环境 

3.1.1 工作温度.变频器内部是年夜功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产物一般要求为0～55℃，但为了保证工作平安、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下.在控制箱中，变频器的装置应严格遵守产物说明书中的装置要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部装置.

3.1.2 环境温度.温度太高且温度变动较年夜时，变频器内部易呈现结露现象，其绝缘性能就会年夜年夜降低，甚至可能引发短路事故.需要时，必需在箱中增加干燥剂和加热器.

3.1.3 腐蚀性气体.使用环境如果腐蚀性气体浓度年夜，不单会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能，在这种情况下，应把控制箱制成封闭式结构，并进行换气.

3.1.4 振动和冲击.装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良.这时除提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类发生振动的元器件.设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护.

3.2 电气环境

3.2.1 防止电磁波干扰.变频器在工作中由于整流和变频，周围发生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰.因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰.所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地.如果处置欠好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，招致控制单位失灵或损坏.

3.2.2 防止输入端过电压.变频器电源输入端往往有过电压呵护，可是，如果输入端高电压作用时间长，会使变频器输入端损坏.因此，在实际运用中，要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压.特别是电源电压极不稳按时要有稳压设备，否则会造成严重后果.

三、接地

变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段，变频器接地端子E（G）接地电阻越小越好，接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内.变频器的接地必需与动力设备接地址分开，不能共地.信号输入线的屏蔽层，应接至E（G）上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变动摆荡，使系统振荡不止.变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际装置有困难，可利用铜芯导线跨接.

四、防雷

在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏.但在实际工作中，特别是电源线架空引入情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的.在雷电活跃地域，这一问题尤为重要，如果电源是架空进线，在进线处装设变频专用避雷器（选件），或按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地呵护.如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备.实践标明，基本上能够有效解决雷击问题.

液压机原理:

是利用液压油来传递压力的设备.液压油在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成.动力机构通常采纳油泵作为动力机构，一般为容积式油泵.为了满足执行机构运动速度的要求，选用一个油泵或多个油泵.高压（油压小于2.5MP）用轮泵；中压（油压小于6.3MP）用叶片泵高压（油压小于32.0MP）用柱塞泵.液压机通常指液压泵和液压马达，液压机和液压马达都是液压系统中的能量转换装置，分歧的是液压泵把驱动电念头的机械能转换成油液的压力能，是液压系统中的动力装置，而液压马达是把油液的压力能转换成机械能，是液压系统中的执行装置.液压系统中经常使用的液压泵和马达液压机都是容积式的，其工作原理都是利用密封容积的变动进行吸油和压油的.从工作原理上来说，年夜部份液压泵和液压马达是互逆的，即输入压力油，液压泵就酿成液压马达，就可输出转速和转矩，但在结构上，液压泵和液压马达还是有些差另外.液压机的维修:

过盈配合的零件拆装采纳锤敲、棍橇劳动强度年夜效率低且不服安，还容易打坏零件，以及用加热法把持困难、增加维修本钱的缺点提供的，是在支架的顶部，装置有活塞杆竖直向下的液压油缸，活塞杆的下端装置有压头；支架上在活塞杆的下部，水平固定有工作台；与油泵连接的输油管通过换向阀与液压油缸连接.用液压油缸的压力装卸零件，没有猛烈的锤击棍橇，不损坏零件，也不用加热耗能，平安可靠节能，装置精度高.

风机水泵类负载是典范的变转距负载，即风量与转速成正比，转距或风压与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比，故在低速运行时，负载转距非常小.

通常风机水泵类负载多是根据满负荷工作需用量来选型，实际应用中年夜部份时间其实不是工作于满负荷状态，当采纳机电直接方式，由于转速无法调节，经常使用挡风板、阀门来调节风量或流量，这样不单造成能源的浪费而且由于过年夜的启动电流造成电网冲击和设备的震动和水锤现象.

采纳变频调速器控制风机、泵类负载是一种理想的控制方法，当机电在额定转速的80%运行时，理论上其消耗的功率为额定功率的（80%）的三次方，即50%左右（理论依据：

流量：

q2/q1=n2/n1；扬程：

h2/h1=（n2/n1）2；输入功率：

p2/p1=（q2/q1）*（h2/h1）=（n2/n1）3；其中：

q:

流量，n:

转速；h:

扬程，p功率.举例：

以后转速下降到额定转速80%时，n2=0.8n，功率p2=0.8*0.8*0.8p=0.512p，即以后速度下降到80%，所需要的功率只需要原来的51%,