变频调速拖动系统的构建

关于变频调速拖动系统的构建第1页，课件共35页，创作于2023年2月第一节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主要任务----根据控制对象(负载)特性来选择：①选择电动机的类型、功率、转速等；②选择变频器的类型、容量、型号等；③决定电动机与负载之间的传动比；④选定变频器外围所需要的配件。第2页，课件共35页，创作于2023年2月5.2构建变频调速拖动系统的基本要求基本要求：①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。②电动机在变频调速后的有效转矩线。第3页，课件共35页，创作于2023年2月

5.2.1在机械特性方面的要求1．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“硬度”的要求第4页，课件共35页，创作于2023年2月

3．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）第5页，课件共35页，创作于2023年2月

4．负载对动态响应的要求----是否需要高性能的变频器

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1．过载能力---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①避免机械谐振的问题；②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。第6页，课件共35页，创作于2023年2月5.3变频调速时电动机的有效转矩线5.3.1有效转矩线的概念有效转矩----电动机在某一频率下允许连续运行的最大转矩。有效转矩线----电动机允许工作范围的曲线

第7页，课件共35页，创作于2023年2月

5.3.2fx≤fN时的有效转矩线第8页，课件共35页，创作于2023年2月

5.3.3fx>fN时的有效转矩线1．异步电动机在

fx>fN时的特点①当在fx>fN时，Ux=UN，因此，随着f的上升，主磁通将减小。

②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。第9页，课件共35页，创作于2023年2月

2．当fx>fN时的有效转矩线①功率不变的有效转矩线。第10页，课件共35页，创作于2023年2月

②过载能力不变的有效转矩线。③全频率范围内的有效转矩线。第11页，课件共35页，创作于2023年2月5.4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1．最低工作频率表5—1各种控制模式的最低工作频率

允许负载率／(％)

控制模式最低工作频率／Hz

无外部通风

有外部通风

有反馈矢量控制

0.1

≤75100

无反馈矢量控制1

≤80100V／f控制5

≤50

≤55第12页，课件共35页，创作于2023年2月

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。第13页，课件共35页，创作于2023年2月

5.4.2调速范围与传动比1．调速范围和负载率的关系第14页，课件共35页，创作于2023年2月

2．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由表5-2可知----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。第15页，课件共35页，创作于2023年2月

4．传动比的选择举例第16页，课件共35页，创作于2023年2月

第17页，课件共35页，创作于2023年2月

5.4.3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：①原有电动机不变，增大传动比。②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）。③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。④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。第18页，课件共35页，创作于2023年2月

(2)选择原则①如果属于旧设备改造，则应尽量不改变原有电动机。②如果是设计新设备，则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。③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。第19页，课件共35页，创作于2023年2月

(3)电动机最高工作频率的确定①磁极对数P≥2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②P=1的普通电动机：

在额定频率以上运行时，电动机转速超过3000r／min。这时，需要考虑轴承和传动机构的磨损及振动等问题第20页，课件共35页，创作于2023年2月

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：①调速范围②负载转矩的变动范围③负载对机械特性的要求第21页，课件共35页，创作于2023年2月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第22页，课件共35页，创作于2023年2月

1．实例①最高转速时的负载功率：第23页，课件共35页，创作于2023年2月

②最低转速时的负载功率：③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第24页，课件共35页，创作于2023年2月

2．减小容量的对策第25页，课件共35页，创作于2023年2月

3．时两挡传动比时的系统容量第26页，课件共35页，创作于2023年2月

5.5.2电动机和变频器的选择1．电动机容量和类别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第27页，课件共35页，创作于2023年2月5．6平方律负载变频调速系统的构建

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主要问题-----如何得到最佳节能效果。第28页，课件共35页，创作于2023年2月

节能效果与V／f线的关系第29页，课件共35页，创作于2023年2月

5.6.2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。①过载倍数低。特别注意：当工作频率高于额定频率时，负载的转矩有可能大大超过额定转矩，使电动机过载。②配置了进行多台控制的切换功能。③配置了一些其他专用于能耗控制的功能。第30页，课件共35页，创作于2023年2月

5.7直线律负载变频系统的构建5.7.1直线律负载及其特性1．转矩特点----负载阻转矩与转速成正比2．功率特点---负载的功率与转速的二次方成正比5.7.2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第31