变频器培训讲座一20141215

1、西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-312 2 电电机的种机的种类类和特性和特性西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31电机电机以动力为主要以动力为主要目的的电机目的的电机以动态应答为主以动态应答为主要目的的电机要目的的电机直流电机（并励、串励、复励）直流电机（并励、串励、复励）交流电机交流电机感应电机感应电机（鼠笼式、绕线式）（鼠笼式、绕线式）同步电机同步电机（磁场线圈式、永磁式）（磁场线圈式、永磁式）涡流电机涡流电机伺服电机伺服电机直流伺服电机直流伺服电机交流伺服电机交流伺

2、服电机3 31-1.1-1.电机的种类和特性电机的种类和特性 1-1-1.1-1-1.电机的种类电机的种类西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31(a)鼠笼式感应电机的结构鼠笼式感应电机的结构输出轴输出轴定子外壳定子外壳端子箱端子箱外风扇外风扇定子线圈定子线圈轴承轴承内风扇内风扇转子短路环转子短路环风扇罩风扇罩转子铁芯转子铁芯定子铁芯定子铁芯中心高中心高（机座号）（机座号）端盖端盖短路环短路环次级导体次级导体(b) 鼠笼式转子（除去铁芯部分）鼠笼式转子（除去铁芯部分）1-1-2.1-1-2.感应电机的结构感应电机的结构4 4西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院

3、 2009-12-31电流的方向电流的方向磁力线的方向磁力线的方向右螺右螺旋旋A A、右手螺旋法则、右手螺旋法则电流的方向电流的方向B B、线圈的电流和磁力线的方向、线圈的电流和磁力线的方向磁力线的方磁力线的方向向电流的方向电流的方向线圈的线圈的始绕始绕点点 线圈的线圈的终绕点终绕点从纸的表面向里面从纸的表面向里面的方向的方向从纸的里面向表面从纸的里面向表面的方向的方向7 71-1-1-1-3 3. .电流产生的磁力线电流产生的磁力线西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31三相电机，使用三相交流电代替磁铁三相电机，使用三相交流电代替磁铁的旋转，产生了【的旋转，产生了【

4、旋转旋转磁场】。磁场】。UVWUV V相相VWUVW8 8022U,V,W U,V,W 线线圈圈的的始始绕绕点点U,V,WU,V,W线圈的终线圈的终绕点绕点1-1-1-1-4 4. .旋转磁场的原理（一）旋转磁场的原理（一）U UV VW WU UV VW W1 1个周期个周期（ 电流电流 ）三相交流三相交流 磁场方向磁场方向三三相相交交流流（电源）电源）和和磁场磁场方向方向感应电机感应电机U U相相西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31（）线圈的配置（）线圈的配置（）三相交流电流（）三相交流电流U U相相V V相相W W相相UVW1-1-1-1-5 5. .旋转磁

5、场的原理（二）旋转磁场的原理（二）9 9西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31将上式换算一下，得到如下结果。将上式换算一下，得到如下结果。因而因而同步旋转速度同步旋转速度 旋转磁场的速度又叫同步旋转速度旋转磁场的速度又叫同步旋转速度 ( (N NS S) )，此速度由定子线圈结构所决定的磁极数（极数），此速度由定子线圈结构所决定的磁极数（极数）P P和和 电源频率电源频率f f决定。决定。旋转速度旋转速度 转转子子的的速度速度N(minN(min-1-1) )比比同同步步旋转旋转速度速度NSNS略略慢慢。此此相相差的差的量量叫叫做做转差。转差。SSNNNSSNNS1

6、SpfN1120NfpS 120N NS S : : 同步旋转速度同步旋转速度 ( min( min-1 -1 ) ) f : f : 频率频率( Hz )( Hz )1010( min( min-1 -1 ) )( min( min-1 -1 ) )NSNS：是是由由电机电机的规格决定的规格决定的的固有固有值值。S S ：根据负载大小变化的值：根据负载大小变化的值1-1-1-1-6 6. .感应电机的速度感应电机的速度西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31电源频率 (f) 极数 (P) 相的线圈数 50Hz 60Hz 2 1 3000 3600 4 2 1500

7、1800 6 3 1000 1200 8 4 750 900 S SN NS SN NN NS SS SN NS SN NN NS SS SN NN NN NN NS SS SS S2 2p p4 4p p8 8p p6 6p p(a) (a) 同步旋转速度同步旋转速度 (min(min-1-1) )(b) (b) 极数极数 ( (p p) )11111-1-1-1-7 7. .极数和同步转速极数和同步转速西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31121236003600180018000 0( 4P,60Hz( 4P,60Hz的时候的时候 ( min ( min-1-

8、1 ) )1-1-1-1-8 8. .感应电机的特性（一）感应电机的特性（一）额定旋转速度额定旋转速度同步旋转速度同步旋转速度- 1800- 1800起动电流起动电流额定电流额定电流空载电流空载电流转转矩矩最大转矩最大转矩起动转矩起动转矩额定转矩额定转矩反相制动领域反相制动领域反相制动反相制动转差（额定）转差（额定）电动领域电动领域再生制动领域再生制动领域（感应发电机）（感应发电机）电电流流西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-311-1-9.1-1-9.感应电机的特性（二）感应电机的特性（二）名称名称含义和特性含义和特性起动转矩起动转矩给给停止中停止中的感应的感应电机

9、电机外加电压时，外加电压时，电机电机所产生的所产生的转矩。转矩。通常在额定转矩的通常在额定转矩的125%125%以上（以上（3.7kW3.7kW以下）以下）最大最大转矩转矩随着随着起动起动了的了的电机电机转速的加快，转速的加快，电机电机所产生的所产生的转矩转矩也也増加，増加，不久到达最大不久到达最大值值。此最大值的转矩称之为最大此最大值的转矩称之为最大转矩。转矩。起动电流起动电流给给停止中停止中的感应的感应电机电机外加电压时，电机所流过的电流。外加电压时，电机所流过的电流。通常通常为额定为额定电流电流的的6 67 7倍。倍。空载空载电流电流空载时空载时（不需要驱动负载不需要驱动负载转矩转矩的场

10、合的场合。例如例如、电机、电机单体运行的场合单体运行的场合）的的电电流。流。此时的此时的速度速度大致等同于大致等同于同同步转速步转速。电电动领域动领域电机电机产生产生转矩，转矩，带动负载机械旋转的领域带动负载机械旋转的领域。再生制动领再生制动领域域电机电机在负载机械的的拖动下，以高于同步转速的速度运行的领域在负载机械的的拖动下，以高于同步转速的速度运行的领域。此时负此时负载机械的载机械的（旋转旋转）能量通过能量通过电机电机转变为电能，返还给电源转变为电能，返还给电源（电机（电机作为作为感应感应发电机运行发电机运行）反相制动领反相制动领域域想使负载机械快速停止时所使用的方法想使负载机械快速停止时

11、所使用的方法（具体（具体是将是将三相电源三相电源中的中的2 2相交相交换换），），相当于使旋转磁场反方向（相对于转子的旋转方向）场合的领域相当于使旋转磁场反方向（相对于转子的旋转方向）场合的领域。此时负载机械的动能消耗在电机转子上。但此情况若发生在机械停止后此时负载机械的动能消耗在电机转子上。但此情况若发生在机械停止后（因制动转矩），则机械会反方向（因制动转矩），则机械会反方向（旋转磁场的方向旋转磁场的方向）旋转，因此必须检旋转，因此必须检测测电机电机是否是否停止停止并切断回路并切断回路。1313西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31形式形式起动转矩起动转矩JIS

12、C 4210 JIS C 4210 形式形式记记号号我社我社适用适用普通鼠笼形普通鼠笼形125% 125% 以上以上C CQ Q3.7 kW3.7 kW以下以下特殊特殊鼠笼形鼠笼形1 1100% 100% 以上以上K 1K 1K K2 2极极5.5 kW5.5 kW以上以上特殊特殊鼠笼形鼠笼形2 2150% 150% 以上以上K 2K 2F F4 4极极5.5 kW5.5 kW以上以上6 6极极5.5 kW5.5 kW以上以上高高起动转矩起动转矩形形200% 200% 以上以上D D14141-1-10.1-1-10.三相鼠笼式感应电机的分类三相鼠笼式感应电机的分类西安理工大学自动化学院西安理

13、工大学自动化学院 2009-12-31（-1-1）16161-1-11-1-11 1. .感应电机的控制方式感应电机的控制方式p pS S负载转矩负载转矩电机产生的转矩和负载转矩的交电机产生的转矩和负载转矩的交点为运行速度点为运行速度极数大极数大P P改变方式改变方式 （极数切换电机）（极数切换电机）S S改变方式改变方式初级电压控制初级电压控制S S改变方式改变方式次级电阻控制次级电阻控制f f改变方式改变方式（初级频率控制（初级频率控制变频驱动）变频驱动）频率小频率小电压小电压小次级电阻大次级电阻大西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-311818形式形式结构结构使

14、用环境使用环境保护记号保护记号（代表例）（代表例）全封闭形全封闭形电机外部气流不会流入电机内部的封闭式结构。电机外部气流不会流入电机内部的封闭式结构。普通的环境（屋内）普通的环境（屋内）周周围围温度温度特殊的场所特殊的场所温度温度高的场高的场所所在热带使用时在热带使用时水滴、灰尘相对较多的水滴、灰尘相对较多的 场所场所BODY JP BODY JP 4444全封闭外扇全封闭外扇形形全封闭形，并且使用旋转轴上的风扇，使外壳表面冷却全封闭形，并且使用旋转轴上的风扇，使外壳表面冷却的结构。的结构。JP 44JP 441-1-11-1-12 2. .电机的种类（一）电机的种类（一）西安理工大学自动化学

15、院西安理工大学自动化学院 2009-12-311919形式形式结构结构使用环境使用环境保护记号保护记号（代表例）（代表例）屋外形屋外形常置于室外，经久耐用的结构常置于室外，经久耐用的结构。 （全（全封闭封闭形、形、或或全全封闭封闭外扇形）外扇形）全天候的全天候的场场所所有腐蚀性气体或液体有腐蚀性气体或液体 的场所的场所JPW 44JPW 44防腐蚀形防腐蚀形在有腐蚀性的在有腐蚀性的酸、酸、碱碱、有害气体的场所，能不受阻碍的有害气体的场所，能不受阻碍的运行的结构运行的结构。（全。（全封闭封闭形、形、或或全全封闭外封闭外扇形）扇形）JPC 44JPC 441-1-11-1-13 3. .电机的种类

16、（二）电机的种类（二）西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-312020形式形式结构结构使用环境使用环境保护记号保护记号（代表例）（代表例）防爆形防爆形( (安全増、耐安全増、耐压压、内、内压压) )在有爆发性气体的场所，能不受阻碍的运行的结构在有爆发性气体的场所，能不受阻碍的运行的结构。 （全（全封闭封闭形、形、或或全全封闭封闭外扇形）外扇形）有爆炸性气体的有爆炸性气体的 场所场所JPE 44JPE 44粉粉尘尘防爆形防爆形即使在有粉尘的场所中使用，也不会发生爆炸、火灾即使在有粉尘的场所中使用，也不会发生爆炸、火灾的结构的结构。（全。（全封闭封闭形、形、或或全全封闭外

17、封闭外扇形）扇形）有尘埃的场所有尘埃的场所JPE 44JPE 441-1-11-1-14 4. .电机的种类（三）电机的种类（三）西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31磁通量和电压、频率的关系如下所示。磁通量和电压、频率的关系如下所示。例例 速度减半速度减半(60Hz30Hz)(60Hz30Hz)的场合的场合 为使磁通量保持恒定，按照上面的式子，设置变频器的输出电压和频率。为使磁通量保持恒定，按照上面的式子，设置变频器的输出电压和频率。200200100100电压电压 （ ）0 030306060 2121频率频率 （ Hz Hz ）实际上，为了补偿电机的电压降，低

18、频率实际上，为了补偿电机的电压降，低频率时的电压要提高时的电压要提高150%150%- -200%200%。1-2.1-2.变频器驱动时的电机特性变频器驱动时的电机特性恒定恒定频率频率电压电压磁通磁通= =F Ff fV VV Vf fV VHzHzV VHzHz= = = =20020060601001003030( () )( () )( () )( () )恒定恒定西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31电机额定转矩的计算公式如下所示。电机额定转矩的计算公式如下所示。例例 7.5kW 7.5kW4P4P，额定旋转速度，额定旋转速度 1740 (min 1740

19、(min-1-1) )的场合的场合额定转矩额定转矩 T TM M 974 974 电机额定输出电机额定输出 P (kW)P (kW)额定旋转速度额定旋转速度 N (r/min)N (r/min)(kgf(kgfm)m)额定转矩额定转矩 T TM M 974 974 7.57.517401740(kgf(kgfm)m) 4.194.19额定转矩额定转矩 T TM M 电机额定输出电机额定输出 P (W)P (W)额定旋转速度额定旋转速度 N (minN (min-1-1) )(N(Nm)m)606022额定转矩额定转矩 T TM M 7.57.510103 317401740(N(Nm)m) 4

20、1.241.260602222221-2-1.1-2-1.电机额定转矩电机额定转矩MKS MKS 单位：单位：M M（米）（米）,K,K（千克）（千克）,S,S（秒）（秒）SI SI 单位：单位：SySys stem Internationaltem International1 1kgfkgf = 9.8 = 9.8 ( (N N) )MKSMKS单位的场合单位的场合SISI单位的场合单位的场合MKSMKS单位的场合单位的场合SISI单位的场合单位的场合西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31SNSNNS2p4p则转子的转速则转子的转速N N ( (minmin-1

21、-1) )，可以如下表示。，可以如下表示。因此、因此、旋转速度旋转速度 以同步速度以同步速度NS为基准，定义转差为基准，定义转差S，SSNNNS NfpS 1201旋转磁场的旋转速度旋转磁场的旋转速度（ NSNS）NSfp 1201 min NNSS 11 min()1 minmin1-2-2.1-2-2.电机的旋转速度电机的旋转速度例例 = 60Hz, = 60Hz,P = 4PP = 4P，S = 3%S = 3%N NM M(min-1)12012060604 4(1-0.03)(1-0.03) 180018000.970.97174617462323西安理工大学自动化学院西安理工大学自

22、动化学院 2009-12-31 负载转矩增大时，电机旋转速度减慢（转差增大）；负载转矩增大时，电机旋转速度减慢（转差增大）；负载转矩减小时，旋转速度加快。负载转矩减小时，旋转速度加快。 此时，负载转矩越大，电机电流也越大。此时，负载转矩越大，电机电流也越大。 。 电机的发生转矩和电压的平方成正比。电机的发生转矩和电压的平方成正比。 电压降低的话，则电机旋转速度减慢。电压降低的话，则电机旋转速度减慢。 （转差增大）（转差增大）电压变动和速度变化电压变动和速度变化负载变动和速度变化负载变动和速度变化2424负载转矩一定负载转矩小负载转矩大输出转矩1-2-3.1-2-3.负载变动和电压变动负载变动和

23、电压变动输出转矩旋转速度转矩转矩电压大电压小旋转速度西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31 商用电源运行商用电源运行 变频器运行变频器运行 速度电流特性速度电流特性 速度转矩特性速度转矩特性 变频器驱动时的特征变频器驱动时的特征: :由于是从低频起动，起动电流与商用电源运行时相比得到大幅控制。由于是从低频起动，起动电流与商用电源运行时相比得到大幅控制。 旋转速度和电源频率无关可任意设定。旋转速度和电源频率无关可任意设定。(V/f(V/f运行的例子）运行的例子）1-2-4.1-2-4.电机电流和转矩特性比较电机电流和转矩特性比较2525变频器的过载耐量变频器的过载耐量电电流流电电流流转转矩矩转转矩矩西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-317.5kW 4P7.5kW 4P的例的例 在日本，由于电源频率会因地区不同而异，因此标准电机备有三种规格。在日本，由于电源频率会因地区不同而异，因此标准电机备有三种规格。1-2-5.1-2-5.三额定值的比较三额定值的比较2626西安理工大学自动化学院西安理工大学自动化学院 2009-12-31各额定电源的额定电流以各额定电源的额定电流以I I(200/50)(200/50), ,I I(200/60)(200/60), ,I I(220