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1、变频器及应用技术 上海电机学院王侃夫 第1章 三相交流异步电动机及机械特性 三相交流异步电动机电机机械特性U f线的选择与调整负载特性 前端盖 机座 风罩 和后端盖固定在一起 风扇在后端盖外 接线盒 三相驱动电源U V W 由变频器提供 定子绕组 定子铁心 笼型转子 去掉铁心后 导条 三相交流异步电动机的定子铁心由硅钢片叠合而成 线圈槽中嵌有三相对称绕组 外接三相交流电源 转子也由硅钢片叠合而成 线圈槽中有导条 一 组成 1 定 转子 2 鼠笼式转子 转子铁心中有铸铝导条或安装铜导条 两端有短路环 去掉铁心后 剩下的导条形似鼠笼 因此 三相交流异步电动机俗称鼠笼式电动机 三相交流异步电动机 3
2、 三相绕线式转子 三相交流异步电动机 1 前轴承座2 笼型转子3 定子三相对称绕组4 接线盒5 后轴承座6 主轴编码器7 端盖8 风扇 西门子1PH7交流电动机 4 变频专用交流电动机 三相交流异步电动机 定子绕组展开图 当定子绕组通入三相对称电流后 在三相绕组中产生旋转磁场 其转速n1称为同步转速 旋转磁场切割笼形转子中的导条 并在导条中产生感应电流 这样 导条在磁场中产生电磁力并形成电磁转矩 转子沿磁场旋转方向以转速n2旋转 因为转子转速只能小于同步转速 故称为异步电动机 又因为转子导条的电流是由旋转磁场感应而来 所以又称为感应电动机 二 基本运行原理 1 定子磁场转速和转子转速 三相交流
3、异步电动机 三相交流异步电动机 定子绕组极对数 转子转速及电机功率 变频器应用教程 2 定子绕组Y接法和 接法 三相交流异步电动机 2 1异步电机的基本原理与控制 3 异步电机的等值电路 注 与电机中的严格模型略有差别 三 几个重要表达式 三相交流异步电动机 2 1异步电机的基本原理与控制 1 工作原理 异步电机定子磁场转速 同步转速 异步电机的磁极个数 注与电机中定义不同 电源的频率 转差率 异步电机转速 转子机械转速 调速 T 一 转矩 转速 T n 曲线 1 T n曲线 图中的E点 在这点上 电动机以同步转速n0运行 S 0 其电磁转矩T 0 2 起动点图中的S点 在起动点上 电动机已接
4、通电源 但尚未起动 对应这一点的转速n 0 s l 电磁转矩称起动转矩 起动时带负载的能力一般用起动倍数来表示 即 式中 TN为额定转矩 3 临界点临界点K是一个非常重要的点 它是机械特性稳定运行区和非稳定运行区的分界点 电动机运行在K点时 电磁转矩为临界转矩TK 它表示了电动机所能产生的最大转矩 此时的转差率叫临界转差率 用Sk表示 普通电动机的过载系数 2 0 2 2之间 而对某些特殊用途电动机 其过载能力可以更高一些 上述分析说明 Tk的大小影响着电动机的过载能力 Tk越小 为了保证过载能力不变 电动机所带的负载就越小 2 T n曲线的含义 机械特性的含义a 负载较轻b 对应的工作点c
5、负载较重 1 改变电压U1的T n曲线 改变电压的机械特性a 电路图b 机械特性 U1 二 T n的调节 2 改变转子电阻的T n曲线 R4 R3 R2 R1 转子串联电阻的机械特性a 转子串联电阻的电路b 机械特性 3 改变频率f的T n曲线 fX fN时的机械特性a 变频调速b 变频机械特性 变频可以无级调速 三 变频调速存在的问题及解决的方法 1 V F控制方式 在额定频率fN以下 若电压E1不变 根据E1 4 44f 1N1则 f 1 磁路饱和 为保持 1不变 在额定转速nN以下 在改变f的同时 也要改变E1 即保持E1 f 常数在频率较高时 转子电阻r的影响可忽略 此时 U1 E1
6、则U1 f 常数在频率较低时 转子电阻r的影响不可忽略 此时 若继续保持U1 f 常数 则电磁转矩要降低很多 因为变频的同时还要改变电压 所以称为V F控制 也称为VVVF VariableVoltageVariableFrequency 1 恒E1 f变频调速 fN f1 f2 f3 fN f1 f2 f3 2 恒U1 f变频调速 fN f1 f2 f3 fN f1 f2 f3 2 电压补偿 转矩补偿 转矩提升 50 380 f Hz U V 补偿量 fx T n 补偿前 补偿后 3 电压补偿过分的后果 转矩补偿后的电流 转矩曲线a 电压补偿线b 补偿后的电流曲线 负载越大 电流越大 说法的
7、局限性 在轻载的情况下 若电压补偿过分 则在启动时电流很大 容易引起变频器的跳闸 4 频率降低电动机输出功率也降低 电动机的有效功率与转速a 拖动系统b 高速时的功率c 低速时的有效功率 用了变频器 可以甩掉减速器 说法的错误 实例 教材P107 5 额定频率fN 额定转速nN 以上的调速 在额定频率时 电压为额定电压 若再要升速 即n nN 则f 按U1 f的控制策略 则U1受额定电压的限制不能再往上调了 因此 必须保持U1 U1N不变 根据U1N 4 44f 1N1U1N不变 f f fN TM TM 因为转速与转矩成比例的上升和下降 则电动机的输出功率保持不变 即额定转速以上调速为恒功率
8、调速 1 恒功率调速 2 额定频率以上调速的T f曲线 额定频率以上的机械特性 f1 f2 f3 fN fN f1 f2 f3 四 有效转矩线 额定工作点 工作频率在额定频率下的工作点 有效工作点 在工作频率fx fx fN 时允许长时间运行的最大转矩 额定转矩 电动机在额定频率时允许长时间运行的最大转矩 1 额定工作点 fx fN的有效转矩线a U 时的U f线b 有效转矩线的形成c 有效转矩线 2 fx fN的有效转矩线 3 有效转矩线的改善 有效转矩线的改善a 改善前后的有效转矩线b 外部强制冷却c 变频电动机 4 Fx fN的有效转矩线 有效转矩线 5 全频有效转矩线 全频率T f曲线
9、 全频有效转矩线 调速范围宽 调速范围窄 下限频率下限频率一般不希望设定得太低 以免在低速时引起电动机温升过高 实例 教材P252 一 基本频率的调整 a 基本U f线b 变频器的对应关系c 电动机的对应关系 1 基本频率的定义 基本频率 fBA 和变频器最大输出电压对应的频率 在绝大多数情况下 基本频率和电动机的额定频率相等 2 调整基本频率实例 1 三相220V电动机配380V变频器 a 对基本频率的设定b 变频器与电动机的对应关系 2 270V 70Hz电动机配380V变频器 a 对基本频率的设定b 变频器与电动机的对应关系 二 转矩提升的预置要点 1 低频重载时 带式输送机的U f线a
10、 负载示意图b 负载机械特性c U f线的选择 2 低频轻载时 1 补偿后的电流 转矩曲线 转矩补偿后的电流 转矩曲线a 电压补偿线b 补偿后的电流曲线 2 风机的U f线选择 a 风机的机械特性b U f线的选择 3 离心浇铸机的U f线选择 a 离心浇铸机示意图b 机械特性c U f线选择 3 变频器的U f线举例 a 康沃变频器b 艾默生变频器c 日立变频器 一 常见传动机构 常见的传动机构a 连轴器b 带轮c 减速齿轮 二 传动比及作用 1 传动比 2 传动比实例 1 重物圆周运动 实例 教材P102 2 传动比实例 2 实例 教材P104 传动机构 电动机 生产机械 负载特性 摩擦恒
11、转矩生产流水线起重行走 速度 T负载转矩 势能恒转矩电梯起重机提升 恒功率机床主轴开卷机 收卷机 速度越低 负载转矩越大 变转矩风机 水泵 速度越低 负载转矩越小 负载转矩大小于与转速无关 三 负载机械特性种类 1 恒转矩负载 恒转矩负载及其特性a 带式输送机b 机械特性c 功率特性 2 势能恒转矩负载 重物上升时 重物下降时 3 恒功率负载 恒功率负载及其特性a 卷径很小时b 卷径增大时c 卷径最大时 4 二次方律负载 四 电动机拖动与负载的关系 1 电动机与负载的功率关系 2 电动机与负载的转矩关系 五 案例 加大工作频率来提高生产率是否可行 a 原工作状态b 加大工作频率 实例 教材P109 a 原有数据b 频率加大后数据
