西门子变频器培训PPT课件

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另:为了实现大调速比的恒转矩调速,常采用加大变频 器容量的办法。
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3. 变频器型式的选择——根据负载特性选择变频器 (3)对于轧钢、造纸、塑料薄膜加工线等恒功率负载 对精度、动态性能要求较高、响应快的生产机械,采用
矢量控制型高性能变频器是一种很好的选择。 矢量控制方式只能一台变频器驱动一台电动机,当一台
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2. 变频器基础知识——定义、控制对象 定义: 变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源 转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变 换装置。 控制对象: 三相交流异步电机和三相交流同步电机,标准适配电机 极数是2/4极。
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2. 变频器基础知识——工作原理
按下式确定:
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3. 变频器容量的选择——工频直接起动时的容量计算
根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值,按
下式确定:通常,三相异步电动机直接用工频起动时起动电
流为其额定电流的5~7 倍,对于电动机功率小于10kW的电 机直接起动时,可按下式选取变频器。
式中:
I1CN≥IK/Kg
① 电机在空载时也流过额定电流的30%~50%的励磁电流。 ② 起动时流过的起动电流与电动机施加的电压、频率相对应,而 与负载转矩无关,如果变频器容量小,此电流超过过流容量,则往往不 能起动。 ③ 电机容量大,则以变频器容量为基准的电机漏抗百分比变小, 变频器输出电流的脉动增大,因而过流保护容量动作,往往不能运转。 ④ 电机用通用变频器起动时,其起动转矩同用工频电源起动相比 多数变小,根据负载的起动转矩特性,有时不能起动。另外,在低速运 转区的转矩有比额定转矩减小的倾向,用选定的变频器和电机不能满足 负载所要求的起动转矩和低速区转矩时,变频器和电机的容量还需要再 加大。
单位为kW;
n-电动机转子转速,单位为r/min.
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1. 电气传动系统的基础知识——恒转矩负载
负载转矩TL与速度n无关,任何转速下TL总保持恒定或
基本恒定。 如:传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载; 吊车、提升机等位能负载。 由于负载转矩TL恒定,所以负载的功率PL与转速n成正
比(PL=TLn/9550)。 变频器拖动恒转矩负载时,低速下的转矩要足够大,并
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1. 电气传动系统的基础知识——电动机的选择 (2)电动机极数的确定 电动机的极数决定了电动机的同步转速,要求电动机的 同步转速尽可能地覆盖整个调速范围。 为了充分利用设备潜能,避免浪费,可允许电动机短时 超出同步转速,但必须小于电动机允许的最大速度。 另外:通用性变频器是针对交流异步电动机设计的,而 且多数通用变频器的预置电动机模型都是针对4极电动机模 型。因此,使用通用变频器时,选择4极笼型异步电动机是 合适的。当选择4极电动机配备减速比有困难时,也可以选 择2极、6极或8极电动机。
负载转矩,但电机的运转速度不确定。如果电机转矩始终大 于负载转矩,则速度持续上升直至设备限速或损坏;如果电 机转矩始终小于负载转矩,则速度为0或最低(下限)速度, 为保证系统安全,必须额外考虑限速或超速保护。
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1. 电气传动系统的基础知识——电动机的机械特性
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1. 电气传动系统的基础知识——调速方式
要求又较低,对转速精度没有特殊要求时,选择廉价的普通 功能型U/f控制变频器。
(2)对于挤压机、搅拌机、起重机的提升机构和提升 机等恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械
在转速精度及动态性能等方面要求一般不高,但对静态 转速有较高要求, 采用具有转矩控制功能的高性能U/f控制 变频器则较为合理。因为这种变频器低速转矩大,静态机械 特性硬度大,不怕负载冲击。
1. 电气传动系统的基础知识——定义、结构 定义: 以交流(直流)电动机为动力拖动各种生产机械的系统 我们称之为交流(直流)电气传动系统,也称交流(直流) 电气拖动系统。 结构:
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1. 电气传动系统的基础知识——目的、意义 目的: 根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩 改变终端设备的速度或输出转矩。 意义: 节能——如:风机、鼓风机、水泵等 提高生产效率——如:起重机、注塑机、传送带等 提高产品质量——如:机床、印刷设备、包装线等 改善工作环境——如:电梯、空调的等 实现工厂自动化——如:纤维、纸、膜、钢板加工等
IK:在额定电压、频率下电机起动时的堵转电流(A); Kg:变频器的允许过载倍数 Kg=~ 在运行中,如电机电流不规则变化,此时不易获得运行
特性曲线,这时可使电机在输出最大转矩时的电流限制在变
频器的额定输出电流内进行选定。
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3. 变频器容量的选择——大惯性负载起动时的容量计算 根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值,按
下式确定:通常,三相异步电动机直接用工频起动时起动电 流为其额定电流的5~7 倍,对于电动机功率小于10kW的
通过变频器过载容量通常多为125%/60s或150%/60s。 需要超过此值的过载容量时,必须增大变频器的容量。这种 情况下,一般按下式计算变频器的容量:
式中: GD2:换算到电机轴上的转动惯量值(N·m2) TL:负载转矩(N·m) η,cosφ,nM分别为电机的效率(取0.85),功率因数(取0.75),额定转 速(r/min)。 tA:电机加速时间(s)由负载要求确定 K:电流波形的修正系数(PWM方式取~1.10) PCN:变频器的额定容量(KVA)
需风量、流量减小时,利用变频器通过调速的方式来调节风 量、流量,可以大幅度节约电能。
高速时所需功率随转速增长过快,所以通常不应使风机、 泵类负载超工频运行。
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1. 电气传动系统的基础知识——常见机械的负载特性
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1. 电气传动系统的基础知识——常见机械的负载特性
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速度很低时,受机械强度的限制,TL不可能无限增大,在低 速下转变为恒转矩性质。
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1. 电气传动系统的基础知识——二次方律负载
负载转矩TL与速度n的二次方成正比。此时,负载的功
率与转速的三次方成正比(PL=Cn3/9550)。 如:各种风机、水泵、油泵等。 由于这种负载所需的功率与速度的三次方成正比,当所
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4. 变频器容量的选择——连续运转时必须的变额器容量
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3. 变频器容量的选择——连续运转时的容量计算
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3. 变频器容量的选择——驱动多台电机时的容量计算
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3. 变频器容量的选择——驱动多台电机时的容量计算
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3. 变频器容量的选择——短时加减速时的容量计算 变频器的最大输出转矩是由变频器的最大输出电流决
变频器驱动多台电动机时,只能选择U/f控制模式。
(4)对于电力机车、交流伺服系统、电梯、起重机等 要求控制系统具有良好的动态、静态性能,可选用具有 直接转矩控制功能的专用变频器。
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4. 变频器容量的选择——确认要点 选择变频器容量时,额定电流是一个关键量,变频器的
容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择,负载 电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。
1. 电气传动系统的基础知识——电动机的选择 (1)电动机最大输入功率的确定 根据机械队转速(最高、最低)和转矩(启动、连续及 过载)的要求,确定机械要求的最大输入功率(即电动机的 额定功率最小值)。 计算最大输入功率时,机械转速取电动机的额定转速, 转矩取设备在启动、连续运行、过载或最高速等状态下的最 大连续转矩。 避免出现“大马拉小车”现象,尽可能达到最大节能效 果,一般设计裕量应控制在10%以内。
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1. 电气传动系统的基础知识——负载特性 负载特性: TL Cn C-负载大小常数;
α-负载转矩形状的系数:0-表示恒转矩负载;1-表示转 矩与转速成比例负载;2-转矩与转速的二次方成比例负载; -1-表示恒功率负载。
工程上常用式:
TL2PnL/60955Pn0L
PL-电动机轴上输出的有效机械功率,即负载的功率,
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1. 电气传动系统的基础知识——电动机的选择 (4)超过额定转速的影响 目前变频器的频率变化范围一般在0-120Hz,而我国的 标准异步电动机额定工作频率为50Hz,当负载要求的最高转 速超过同步转速不多时,可适当增大电动机的容量或选择服 务系数大于的电动机,以增加电动机的输出功率,保证超额 转速下的输出转矩。 另:由于电动机轴承机械强度和发热等因素的限制,电 动机最高转速不能大于同步转速的10%。
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4. 变频器周边设备的选择
(1)进线断路器 在变频器电源侧,为保护原边配线,需设置配线用断路 器。断路器的选择取决于电源侧的功率因数(随电源电压、 输出频率、负载而变化)。其动作特性受高频电流影响而变 化,有必要选择大容量的。 (2)进线接触器 变频器没有进线接触器可以使用。进线接触器可进行停 止操作,但这时变频器的制动功能将不能使用。 (3)电机侧接触器 变频器和电机间若设置接触器,原则上禁止在运行中切 换。变频器运行中接入时,会有大冲击电流,因此变频器过 电流保护动作。为了和电网切换而设置接触器时,务必在变 频器停止输出后进行切换,并合适地使用速度搜寻功能。
分不带速度反馈型和带速度反馈型。 注:控制方式的选择要根据生产机械的类型、调速范围、 静态速度精度、起动转矩的要求,然后决定用哪种控制方式 的变频器最合适(既要满足工艺和生产的基本条件和要求, 又要经济实用)。
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3. 变频器型式的选择——负载特性确认
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3. 变频器型式的选择——根据负载特性选择变频器 (1)对于风机、泵类等平方负载 对调速低于额定频率且负载转矩较小,在过载能力方面
注:并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能!
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1. 电气传动系统的基础知识——运动方程
运动方程:Teຫໍສະໝຸດ TL速度模式:Jdn dt
以保持转速恒定为目的。控制设备根据速度要求自动调
整电机转矩适应外部的负载变化,恒速时电机转矩肯定等于
负载转矩。
转矩模式: 以控制电机转矩恒定为目的。恒速时电机转矩肯定等于
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3. 变频器容量的选择——惯性负载起动时的容量计算
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3. 变频器容量的选择——轻载时的容量选择
电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时,多认为可选择与 实际负载相称的变频器容量,但是对于通用变频器,即使实际负载小, 使用比按电机额定功率选择的变频器容量小的变频器并不理想,这主要 是由于以下原因;
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1. 电气传动系统的基础知识——电动机的选择 (3)散热能力的影响 普通笼型电动机是空气自冷式的,外壳的冷却依靠端部 的风扇叶片,内部空气流通依靠转子两端的风叶,当转速降 低时,也就会失去使空气流通的能力。 随着转速的降低,转矩也降低,发热程度降低,因此, 对于风机、泵类负载,普通笼型电动机是最佳选择,但不要 在40%同步转速下长期运行。 通用标准异步电动机的散热能力是按额定转速下进行自 扇风冷设计的,对于恒转矩负载下电动机调速运行时,其发 热不变,但在低速运行时的散热能力降低,可采用另加恒速 冷却风扇的办法或采用较高绝缘等级的电动机,以保证低速 时的允许输出转矩。
且有足够的过载能力。 如果需要在低速下稳速运行,应考虑标准异步电动机的
散热能力,避免电动机的温升过高。
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1. 电气传动系统的基础知识——恒功率负载 在不同转速下,负载功率PL基本恒定,即负载功率与转
速无关。 如:机床主轴电机,轧机、造纸机、塑料薄膜生产线的
卷取机、开卷机等。 在恒功率负载时,负载转矩TL与转速n成反比。 负载的恒功率性质是就一定的速度变化范围而言的。当
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2. 变频器基础知识——变频器的控制方式
U/f恒定控制: 特点——控制电路结构简单、成本低,机械特性硬度较
好,能满足一般传动的平滑调速要求。但在低频时,由于输 出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较明显,使输出 最大转矩减小。 矢量控制:
实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度和 磁场两个分量进行独立控制。
定的。 对于短时的加减速而言,变频器允许达到额定输出电
流的130%~150%(视变频器容量),因此,在短时加减速 时的输出转矩也可以增大;
反之,如只需要较小的加减速转矩时,也可降低选择 变频器的容量。由于电流的脉动原因,此时应将变频器的 最大输出电流降低10%后再进行选定。
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3. 变频器容量的选择——频繁加减速运转时的容量计算 根据加速、恒速、减速等各种运行状态下的电流值,
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