变频调速应用技术 第五讲 知己知彼用变频

1、变频调速应用技术(九)第五讲知己用变频器孙子兵法说有：个好朋友认识他，百战不殆。变频调速系统中的“自各儿”是指异步电滚子经过变频调速后的特性，“他”是指负载的特性和动作特性。5.1变频器能力必须有底5.1.1电机特性的3点电滚子没有人为改变其残奥仪表时的机械特性称为自然机械特性。 图5-1显示了鼠笼式电机的自然机械特性。图5-1电机的自然机械特性自然机械特性的主要特征有三个方面可以描述：5.1.1.1理想空载点电机输出轴上的转矩为0，称为理想无负载。理想空载时，如图5-1的n0点所示，电滚子的转速可达到同步转速(旋转磁场的转速) n0。 因此，理想的无负荷点的坐标是：(0，n0)5.1.1.1

2、.2启动点电滚子刚刚接通电源，转速还为0时称为起动点，此时的扭矩也称为起动扭矩ts，如图5-1的s点所示。 因此，起点的坐标是：(ts，0 )起动扭矩ts的大小，说明了电滚子逐渐使负载从静止状态起动的能力。 通常，异步电滚子的启动扭矩必须大于额定扭矩的1.5倍：ts1.5tmn5.1.1.1.3限制点异步电机的机械特性有如图5-1的k点那样的拐点。 在这一点上，能够产生电滚子的电磁转矩最大，称为临界扭矩，用tk表示，k点称为限制点。 与此相对应的转速称为临界转速nk，与此相对应有临界滑动nk和临界滑动率sk。 所以限制点的坐标是：(tk，nk )临界扭矩和额定扭矩之比是异步电滚子的过载能力。

3、过载能力通常必须大于2:tk2.0tmn5.1.2特性意义看两面5.1.2.1从电滚子侧看如图5-2所示，旋转速度下降时，转子和旋转磁场之间的滑动差变大，转子线圈切断旋转磁场的速度变快，转子电流和电磁转矩也变大。图5-2从电动机侧观察机械特性因此，机械特性表示：马达产生的电磁转矩随着转速的降低而增大。基本上，基于电滚子的上述特征构建了电滚子的机械特性。5.1.2.2从负载侧观察如图5-3所示。图5-3从负载侧观察的机械特性(1)负荷轻负荷轻，其扭矩为tl1时，克服tl1所需的电磁转矩tm1也小，电动机的打滑n1小，拖动系统的转速高达n1，拖动系统在q1点动作(2)负荷重负载较重，其扭矩增大到t

4、l2时，为了克服tl2所需要的扭矩tm2也必须增大，电动机的滑动量n2也增大，拖拉系统的转速降低到n-2，动作转移到q-2点。因此，根据拖动系统的工作特性，负荷越重，机械特性就表示拖动系统的旋转速度越低。5.1.3能力要看有效线5.1.3.1有效扭矩线的概念(1)额定动作点在额定频率fn中，如图5-4的曲线的an点所示，习惯了具有额定动作点。 在这方面，电滚子的扭矩等于额定扭矩tmn。图5-4有效工作点额定转矩tmn是指：电机在额定频率下动作时，允许长时间输出的最大转矩。 也就是说，负载扭矩超过tmn时，电机变为过载状态。(2)有效动作点工作频率低于额定频率时，如果不进行补偿，临界扭矩会变小，

5、其机械特性如图5-4的曲线所示。 此时，如曲线的ax点所示，允许长时间运行的最大扭矩也必定变小。 与ax点对应的扭矩tmex称为有效扭矩。 ax点是有效的动作点。根据各自的工作频率有机械特性曲线，有效工作点和有效扭矩。连接所有频率下的有效动作点后，可得到变频调速中的电滚子的有效扭矩线。(3)ku=kf时的有效扭矩簇第一次介绍了异步电滚子满足u/f=const(ku=kf )条件时临界扭矩随频率降低而减小的特点。 其机械特性曲线克拉克星空卫视如图5-5(a )所示。 图中，a1、a2、a3、a4点分别是不同频率下的有效转矩点。 若连结这些个的点，则如图(b )所示，得到有效扭矩线tme=f(n

6、)。图5-5 ku=kf时的有效转矩线簇(4)有效转矩线和动作点有效转矩线不是特性曲线，而是表示马达的允许动作范围的曲线。 因此，无法在有效转矩线上决定动作点。将参照图5 a到图6描述下面的：图5-6有效转矩线和动作点曲线是负荷的机械特性，是恒转矩负载、扭矩tl，其大小与拖曳系统的调速过程无关。图(a )中的曲线是频率f1时的电滚子的机械特性，图(b )中的曲线是频率下降到f2时的电动机的机械特性。可以看出，电滚子的机械特性曲线与工作频率相对应，电滚子的机械特性曲线也因频率而异。曲线是有效扭矩线，是电滚子以不同频率连接有效扭矩点的线。 例如，频率f1时的有效转矩等于tme1，图(a )所示的频

7、率f2时的有效转矩等于tme2，图(b )所示。拖曳系统的动作点如图(a )的q1点和图(b )的q2点所示，由负载的机械特性曲线和电滚子的机械特性曲线的升交点决定在图(a )中，说明了在拖动系统的动作点(q1 )在有效扭矩线以内、频率f1时，负载的电阻扭矩tl小于有效扭矩tme1，拖动系统能够长时间正常运转。在图(b )中，拖曳系统的动作点(q2 )除了有效扭矩线以外，频率下降到f2时，负载的电阻扭矩tl2比马达的有效扭矩tme2大，长时间运转时，马达的温度上升超过允许值，表示有可能无法正常动作。当然，为了使拖拉系统在全调速范围内正常动作，有效扭矩线需要包围负载机械特性曲线的运转段。 如果负

8、载机械的特性曲线的运行段超过电机的有效转矩线，超过的部分将无法正常动作。理想的有效扭矩线变频器在额定频率以下(fxfn的有效转矩线(1)fxfn时的特点输出电压不变由于逆变器的输出电压不能超过电源电压，所以在fxfn的情况下，其输出电压不能随频率上升，只能保持一定值：u1xus式中的：u1x频率为fx时的输出线电压、v；us-电源查询密码定电压，v。减少主磁通由于u1xus，所以反电动势e1x的大小也几乎不变。 因此，在fxfn的情况下，随着fx的上升，u/f比降低，主磁通1也减少。允许电流不变因为电滚子的额定电流是由电滚子的容许温度上升决定的，所以无论以怎样的频率工作，电滚子的容许生物电流都

9、不变。电动机的输入功率几乎没有变化由于电滚子的输入电压和允许电流都不变，功率因数的变化不大，所以频率fx上升时，其最大输入功率的大小几乎不变：p1=usimncos1pmn=const式中的：p1电滚子的输入功率、kw；us-电源电压、v；imn电机的额定电流，a；cos1电滚子的功率因数。(2)fxfn时的有效转矩线根据以上所述，如果最大输入功率不改变并且假设电滚子效率不改变，则电滚子的输出功率几乎不改变。 因此，额定频率以上的有效扭矩线具有定功率的特征。 即，有效转矩大小与转速成反比：tmex=(5-1)其机械特性曲线等级星空卫视如图5-10(a )所示。 有效扭矩线如图(b )所示。图5

10、-10 fxfn时的机械特性和有效转矩线5.1.3.4全频率范围的有效转矩线综上所述，全频率范围内的有效转矩线如图5-11所示。 一般情况下的有效扭矩线如图(a )所示，但是在有强制通风的情况下，有效扭矩线能够如图(b )那样改善。图5-11全频率范围的有效转矩线5.2仔细观察系统条件5.2.1不要忘记基本条件5.2.1.1拖动系统的功率条件(1)输出至电机轴的额定功率为：pmn=(5-2)式中的：pmn电滚子的额定功率、kw；tmn电机的额定转矩、nm；nmn电机的额定转速、r/min。(2)负载轴消耗的电力，pl=(5-3)式中：pl负载消耗的电力、kw；tl-负载轴上的电阻转矩、nm；n

11、l-负载轴上的转速、r/min。(三)必须满足的电力条件；如图5-12所示，为了使电滚子连续运行负载，对电滚子轴输出额定功率必须在负载消耗的功率：以上pmnpl图5-12电机和负载的功率5.2.1.2拖动系统的扭矩条件满足电力条件后，电滚子未必具有可动负载。 如图5图13所示，为了对马达施加负荷，还必须满足转矩条件。 也就是说，电动机额定转矩必须大于从负载换算为电动机轴的电阻转矩：TMNTL虽然这些个的条件看起来很简单，但在实际工作中，存在很多违反条件的误区。图5-13电机和负载的转矩5.2.2马达大头针降低功率低5.2.2.1马达大头针下降后的有功功率如图5-14(a )所示，运行频率为fx

12、时，与其对应的转速为nmx。 向电机轴输出的有功功率为：pmx=(5-4)式中，pmx 频率为fx时的有效功率、kw；tmn 电机的额定转矩、nm；nmx 频率为fx时的转速，r/min。当电滚子的转速高达nm1时，轴上的有功功率也增大到：pm1=如图5-14(b )所示。图5-14马达大头针下降后的有功功率在电滚子的旋转速度低至nm2时，轴上的有功功率也小至：pm2=如图5-14(c )所示。由此可知，输出至电机轴的有功功率与转速成正比，降低转速后，有功功率会减少。5.2.2.2常见误区-甩掉重减速机既然变频器能够调速，原本重的减速机是否能够摆脱？例如，以往的减速机的传动比=5，除了减速机，

13、只要使电动机以10hz运转即可。这个想法有偏颇。 如图5 a所示的示例，电滚子数是：pmn=75kw，nmn=1450r/min。 负载侧的数据为：nl=290r/min，tl=2305nm。图5-15不需要减速机(1)从力量来看负载实际消耗的电力是：pl=70kwpmn因此，在额定频率下运行没有问题。然而，当电滚子以10hz运行时，其有功功率减少到：pmex=15kwpl用15kw的马达驱动70kw的负荷显然是不行的。(2)从扭矩来看有减速机时，负载扭矩的换算值为：TL=461纳米TMN电滚子可以移动负荷。拆下减速机后，电滚子直接驱动负载，电滚子的额定扭矩为：TMN=494纳米 PMN也就是说，高速化的负载消耗的电力超过了电滚子的额定电力，电滚子成为过载。(2)从扭矩来看当电滚子的工作频率上升到60hz时，其有效扭矩减少到：tme