变频器培训

变频器培训
2．1异步电动机的机械特性
2．1．1异步电动机的自然机械特性
图2－1异步电动机的自然机械特性
a）自然机械特性b）机械特性的含义――――――――――――――――――――――――――――――――――电动机的机械特性：描画电磁转矩和转速之间关系的曲线。

自然机械特性：在不改变任何参数时的机械特性。

理想空载点：阻转矩和损耗转矩都等于0时的工作点。

起动点：刚合上电源，尚未起转时的工作点。

临界点：产生最大转矩的工作点。

机械特性讲明的咨询题：从电动机的角度看，转速降低，产生的电磁转矩将增大。

2．拖动系统的工作点
3．机械特性的“硬
”与
“软”
图2－2 机械特性的含义之二 a ）拖动系统的工作点 b ）机械特性的含义
――――――――――――――――――――――――――――――――――
负载的机械特性：描画负载的阻转矩与转速之间关系的曲线（曲线②）。

拖动系统工作点：电动机机械特性（曲线①）与负载机械特性（曲线②）的交点。

负载增大的过程：T L ↑→T M ＜T L →n M ↓→T M ↑→T M ＝T L
→在差不多降低了的转速下达到新的平稳。

拖动系统的观看结果：负载转矩增加，拖动系统的转速将有所下降。

―――――――――
硬特性：负载变化软特性：负载变化
2．1．2异步电动机的人工机械特性
1．转子串联电阻的机械特性
2
．改
变电
压的
机械
特性
图2－4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――――――――――――――――――――――――――――――――――
特点：临界转矩不变，临界转速下降，起动转矩增大。

优点：有利于起动。

缺点：机械特性变软。

图2－5改变电压的机械特性
a）电路图b）机械特性
――――――――――――――――――――――――――――――――――
特点：临界转速不变，临界转矩减小，起动转矩减小。

优点：可平滑起动。

缺点：不利于起动。

3．改变频率的机械特性（kU=kf）
图2－6f X≤f N时的机械特性
a)变频调速b)变频机械特性簇――――――――――――――――――――――――――――――――――理想空载点：随频率的减小而下移。

临界转矩：略有减小。

机械特性硬度：差不多不变。

优点：可平滑调速。

缺点：低频时带负载能力略有减小。

2
．2
低频时临界转矩减小的缘故
2．2．1有效转矩与磁通
2．2．2与磁通有关的因素
图2－7有效转矩与磁通――――――――――――――――――――――――――――――――――――（1）电磁转矩总是和负载转矩（包括损耗转矩）相平稳的。

（2）电磁转矩正比于转子电流和磁通的乘积。

（3）电流是不承诺超过额定电流的。

（4）临界转矩与磁通成正比。

2．2．3 频率下降时的磁通变化（kU ＝kf ）
假设：
（1）ΔU ＝30V ［I1＝I1N ］（约30～40V ）
（2）1
1U U X ≈ U1X －ΔU1 当kU ＝kf ，
I1＝I1N 时，在不同频率下的磁通量
f X （Hz ） U 1X （V ） Φ1X （%） f X （Hz ） U 1X （V ） Φ1X （%）
50 380 100 20 152 87 40 304 98 10 76 66 30 228 94
5 38 23
图2－8 低频时临界转矩减小的缘故
a ）运行频率为50Hz
b ）运行频率为25Hz
c ）运行频率为10Hz
――――――――――――――――――――――――――――――――――
低频时运行特点
变频器的输出电压：随频率的减小而下降。

电动机的阻抗压降：如负载不变，则阻抗压降也差不多不变。

反电动势：有所减小。

磁通：有所减小。

临界转矩：有所减小。

2．3 增大转矩的计策之一 ——V ／F 操纵方式 2．3．1 V ／F 操纵的差不多思想 1．设置转矩提升功能
2
．转矩提升后的U ∕f 线
3．转矩提
升存在的咨询题
图2－10 转矩提升量的定义
a ）差不多U ∕f 线
b ）转矩提升量
――――――――――――――――――――――――――――――――――
差不多U ∕f 线：k U ＝k f 时的U ∕f 线。

差不多频率：与最大输出电压对应的频率。

转矩提升量： U C %＝
N
C
U U ×100%
图2－9 电压补偿的原理
a ）电压补偿的含义
b ）25Hz 时的补偿量
c ）10Hz 时的补偿量
――――――――――――――――――――――――――――――――――
转矩提升的差不多思想：低频时适当补偿电压，使反电动势保持不变。

图2－11 负载变化（减轻）对磁通的阻碍
a ）负荷率减轻至20%
b ）正常时励磁电流
c ）饱和时励磁电流
――――――――――――――――――――――――――――――――――
变频器的输出电压：只和频率有关，与负载无关。

阻抗压降：负载减小时，阻抗压降也随之减小。

反电动势：负载减小时，将有所增加。

磁通：负载减小时，将有所增加，甚至可使磁路饱和，励磁电流产生尖峰波。

2．3．2 变频器提供的U∕f线1．U∕f线的类型之一
2
．U∕f线的类型
之二
3．U∕f线的类型之三
图2－12U∕f线的类型之一
a）U∕f线类不b）恒转矩类U∕f线c）二次方类U∕f线――――――――――――――――――――――――――――――――――
第一步：预置U∕f线类不。

第二步：预置转矩提升量。

图2－14U∕f线的类型之三
a）三点式U∕f线b）多点式U∕f线c）折线的预置――――――――――――――――――――――――――――――――――
第一步：作出所需U∕f线。

第二步：作出近似折线。

第三步：预置近似折线各拐点的坐标。

图2－13U∕f线的类型之二
a）二次方类b）一次方类c）恒转矩类
―――――――――――――――――――――――――――――――――
二次方律负载预置范畴：0.1～0.9（0.9对应于10%）。

一次方律负载预置范畴：1.0～1.9（1.9对应于10%）。

恒转矩负载预置范畴：2.0～20.0（20.0对应于10%）。

4．自动转矩提升
2．3．3
关于预置转矩提
升功能的讨论
1．转矩提升量的初定
（1）满负荷时的最大提升量为： UC%＝10%
（2）测量负载在运行过程中的最大负荷率：
ξmax%＝MN
T T max ×100%
≈
MN
I I max ×100% （3）转矩提升量约为： UC%＝10%×ξmax%
＝0.1ξmax%
（4）按照运行情形进行调整。

图2－15 自动转矩提升
a ）自动U ∕f 线
b ）手动提升过程
c ）自动提升过程
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
手动提升特点：提升量预置后，不同频率时的补偿量也就确定。

自动提升特点：不论频率多大，每次自动搜索的增量都相同。

优点：起动转矩大。

缺点：容易引起振荡。

2．提升不足
2．提升过分 （
1）提升过分时的IM ＝f （TL ）曲线 （2）提升过分
的实例之一
图2－17 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
―――――――――――――――――――――――――――――――――
转矩提升量过大的现象
负荷较重时：磁路未饱和，转矩电流居主导地位，负载轻，电流小。

负荷较轻时：磁路饱和，励磁电流居主导地位，负载越轻，电流越大。

图2－18 转矩提升预置过分
a ）风机的机械特性
b ）U ／f 线的预置
――――――――――――――――――――――――――――――――――
针对二次方律负载：低频运行时负荷率专门低，应进行负补偿。

图2－16 塑料挤出机
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
转矩提升不足：磁通小于额定磁通，故电流大于额定电流。

增大提升量：磁通接近于额定磁通，电流接近于工频运行电流。

（3）提升过分的实例之二
图2－19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――――――――――――――――――――――――――――――――――40Hz以下：浇铸机处于轻载状态，不必补偿。

40Hz以上：浇铸机尽管处于重载状态，因已接近于差不多频率，也不必补偿。

休息15分
2．3．4 关于预置差不多频率的讨论 1．电动机额定电压不符时的处理 （1）三相220V 电动机配380V 变频器
（2）270V 、70Hz 电动机配380V 变频器
2．电源电压与差不多频率
图2－20 220V 电动机配380V 变频器
a ）对差不多频率的设定
b ）变频器与电动机的对应关系
―――――――――――――――――――――――――――――――――
通过增大差不多频率，使与50Hz 对应的电压为220V 。

图2－21 270V 、70Hz 电动机配380V 变频器
a ）对差不多频率的设定
b ）变频器与电动机的对应关系
――――――――――――――――――――――――――――――――――
第一步：作出所需差不多U ∕f 线OA 。

第二步：延长OA 至B ，B 点对应380V 。

第三步：算出与B 点对应的差不多频率。

图2－22 电源电压与差不多频率 a ）电源电压偏低 b ）降压节能
――――――――――――――――――――――――――――――――――
电源电压偏低：为了保证额定磁通和转矩，应降低差不多频率。

额频时降压节能：“大马拉小车”时，适当加大差不多频率，可减小与50Hz 对应的电压，实现降压节能。

2
．4
增大转矩的计策之二——矢量操纵方式
2．4．1矢量操纵的差不多思想
1．直流电动机的特点
2
．矢量
操纵
的差
不多
思路
图2－23 直流电动机的调速
a）直流电动机结构示意图b）直流电动机电路c）调速后机械特性―――――――――――――――――――――――――――――――――
直流电动机的特点：
（1）有两个互相垂直的磁场。

（2）两个电路互相独立。

图2－24 矢量操纵框图
―――――――――――――――――――――――――――――――――
第一步：将给定信号分解成两个互相垂直的磁场信号。

第二步：通过一系列等效变换，得到三相旋转磁场信号。

实现：（1）转子磁通和主磁通互相垂直；（2）主磁通保持不变。

2．4．2 电动机参数的自动测量（auto-tuning ）
1．矢量操纵需要的参数
2．电动机的空载和堵转试
验
3．自动测量的有关功能 （1）安川G7系列
表2－1 自动测量有关功能（安川CIMR —G7A ） 功能码 功能含义 数据码及含义 T1—01 自动测量模式 0：旋转自测量；1：静止自测量 T1—02 电动机额定功率 T1—03 电动机额定电压 T1—04 电动机额定电流 T1—05 电动机额定频率 T1—06 电动机的磁极数 T1—07 电动机额定转速
旋转自测量：电动机脱离负载。

图2－26 电动机的空载和堵转试验 a ）空载试验 b ）堵转试验 ――――――――――――――――――――――――――――――――――
空载试验：电动机脱离负载并空转，测量空载电流。

电动机不能脱离负载时，空载电流按40%I MN 估算。

堵转试验：电动机处于堵转状态，适当降低电压，测量短路电压和电流。

图2－25 矢量操纵所需参数 a ）铭牌数据 b ）等效电路参数
―――――――――――――――――――――――――――――――――――― 铭牌数据：额定容量、额定电压、额定电流、额定转速、效率等。

等效电路参数：定子绕组的电阻和漏磁电抗；转子等效电路的电阻和漏磁电抗，空
载电流。

变频器通电，按下RUN键，先让电动机停止1分钟，再让电动机旋转1分钟（转速约为额定转速的50%～80%）。

按下STOP键，中止自测量。

静止自测量：电动机不脱离负载。

变频器通电，按下RUN键，让电动机停止1分钟。

按下STOP键，中止自测量。

（2）V5－H系列
表2－2自动测量有关功能（V5－H系列）
自整定过程中，如显现过电流或过电压，可适当延长加、减速时刻。

变频器与电动机容量不匹配时，应选择静止自整定。

此外，在静止自整定时，电动机的空载电流应预置为额定电流的40%。

2．4．3 有反馈矢量操纵和无反馈矢量操纵 1．有反馈矢量操纵接法
2．有关功能（艾默生
TD3000）
功能码 功能码名称 数据码及含义（或范畴） Fb ．00 编码器每转脉冲数 0～9999p ∕r
Fb ．01 编码器旋转方向
0—正方向；1—反方向 Fb ．02
编码器断线后处理方法
0—以自由制动方式停机； 1—切换为开环V ∕F 操纵方式
图2－27 有反馈矢量操纵方式
a ）直截了当安装与接线
b ）过渡轴
c ）过渡轴套
d ）联接附件
――――――――――――――――――――――――――――――――――
转速反馈器件：旋转编码器，有轴型和轴套型之分。

联接附件：如变频器不具备直截了当与编码器相接的端子，则通过专用的联接附件与编码器相接。

3．无反馈矢量操纵
4．矢量操纵方式的适用范畴
图2－28 无反馈矢量操纵方式
a ）无反馈矢量操纵示意图
b ）机械特性曲线簇 ――――――――――――――――――――――――――――――――――
图2－29 不宜采纳的场合 a ）带多台电动机 b ）容量差两档以上 c ）8极以上 d ）专门电机 ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 要点：矢量操纵在进行矢量变换时，部分变换系数是按照4极的配用
电动机容量来设定的。

因此，当电动机的磁极数和实际容量的差不较
大时，矢量变换将显现较大误差。

2．5 增大转矩的计策之三 ——直截了当转矩操纵方式 2．5．1 操纵框图
2．5．2 要紧优、缺点
1．优
点 （1）动态响应能力强；
（2）只需一个参数（定子绕组电阻），初次通电就能测定。

2．缺点
（1）转矩有脉动，低频时较明显。

（2）脉冲频率较低，噪音较大。

图2－30 直截了当转矩操纵框图
――――――――――――――――――――――――――――――――――
1．直截了当转矩操纵属于脉冲调速方式。

2．脉冲的形成由实测转矩与基准转矩比较而得（bang －bang 操纵）。

3．以保持磁通恒定作为辅助操纵。

2
．6
变频调速的有效转矩线
2．6．1 有效转矩线的概念
1
．额定
工作
点与
有效
工作
点
2
．ｋU
＝ｋ
ƒ时的有效转矩线
图
2－31额定工作点与有效工作点―――――――――――――――――――――――――――――――――有效转矩：非额定状态下，承诺长时刻运行的最大转矩。

图2－32 k U＝kƒ时的有效转矩线
a）k U＝kƒ时的U∕f线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线―――――――――――――――――――――――――――――――――有效转矩线：不同频率时有效工作点的联线。

性质：是表示承诺正常工作范畴的界线，不是特性曲线。

2．6．2 电动机变频后的有效转矩线
1．ƒX≤ƒN的有效转矩线
2
．有
效转
矩线
的改
善
图2－33 散热和有效转矩线的关系
a）各种缺失与转速的关系b）散热系数与转速的关系c）低频时的有效转矩线――――――――――――――――――――――――――――――――――――
低频时的有效转矩取决于散热：频率低→转速低→散热变差。

图2－34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
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
变频电动机的要紧特点：
（1）有一个直截了当与电源相接的风扇，以便散热。

（2）输出轴较长，以便安装编码器。

（3）磁路裕量较大，不易饱和，用户便于把握。

（4）槽绝缘加大，不易击穿。

3．ƒX＞ƒN的有效转矩线
∵最大输出电压与功率不变U1X≡U1N，PM≯PMN
∴fX↑→Ｕ∕ƒ比↓→主磁通Φ1↓→临界转矩TKX↓
图2－35f X＞f N时的机械特性和有效转矩线
a）2倍频以下Ｕ∕ƒ线b）额频以上机械特性c）有效转矩线――――――――――――――――――――――――――――――――――――
高频时有效转矩的恒功率性质
一方面：因变频器的输出电压不可能超过额定电压，故f X＞f N时，Ｕ∕ƒ比减小，磁通减小，临界转矩也减小。

另一方面：频率升高→转速升高→因功率不能增加，故有效转矩减小。

2
．7
电动机机械特性的调整
2．7．1机械特性变硬（转差补偿）
1．转差补偿的含义
2
．
转
差
补
偿
的
应
用
举例
图2－36转差补偿
a）运行有转差b）转差的补偿――――――――――――――――――――――――――――――――――――
转差补偿：在给定频率不变的情形下，负载增大时，适当提升输出频率。

图2－37转差补偿的应用
a）额定频率时的补偿b）低频运行时的补偿――――――――――――――――――――――――――――――――――
额频运行时：可使实际转速高于额定转速。

专门低频率时：可使电动机专门低速运行。

2．7．2 机械特性变软（下垂特性） 1．下垂特性的含义
2．下垂特性的应
用举例
图2－38 下垂特性
a ）电动扶梯上升
b ）负载重，转速低
――――――――――――――――――――――――――――――――――
下垂特性的含义：加大转差，使机械特性变软。

下垂特性的作用：重负载时降低转速。

――――――――――
大车的拖动特点：
休息15分钟
2
．8
传
动机构是拖动系统的组成部分
2．8．1传动机构及其作用
１．传动机构的作用
图2－40传动机构的作用
a）传动比为1b）传动比为5 ――――――――――――――――――――――――――――――――――
传动比增大时：
（1）转速降低
（2）转矩增大
2．原理
λ＝L
M
n n
nL ＝
M
n
按照能量守恒的原则，有：
95509550L
L M M n T n T
L
M T T ＝
M
L n n ＝
1
∴
TL ＝TM ·λ
减速器输出轴上的转矩比电动机的输出转矩增大了λ倍！
图2－41 传动比与有效转矩（从负载侧看）
a ）拖动系统举例
b ）有效转矩线
曲线①—负载机械特性；曲线②—λ＝5时，减速器输出轴的有效转矩
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
从负载侧看拖动系统
λ＝5：T M ’＝484×5＝2420N ·m （曲线③）
＞T L （＝2258 N ·m ）—能带动。

2．8．2 传动系统为啥要折算？ １．折算的必要性
2．折算的差不多原则
稳
态过程：折算前后，传动机构所传递
的功率不变。

动态过程：折算前后，旋转部分储存的动能不变。

图2－42 电动机和负载的工作点
―――――――――――――――――――――――――――――――――
在同一个n ＝f （T ）坐标系里： 电动机轴上的数据是［50,1440］，工作点在Q1。

负载轴上的数据是［200,360］，工作点在Q2。

将Q1和Q2变成一点的方法： 所有数据都折算到同一轴上。

3．折算公式
（1）转速的折算 nL ’＝nL ·λ＝nM
（2）转矩的折算
TL ’＝
L
T
（3）飞轮力矩的折算（GDL2）’＝ 2
2
L
GD
经减速器减速后，电动机轴上的飞轮力矩减小了λ2倍！十分有利于电动机的起动。

经减速器减速后，相当于使电动机轴上的负载减轻了λ倍！
图2－43 传动比与折算转矩（从电动机侧看）
a ）拖动系统举例
b ）有效转矩线
曲线①—电动机额定转矩；曲线②—λ＝5时，负载的折算转矩
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
从电动机侧看拖动系统
λ＝5：T L ’＝2258÷5＝451.6N ·m （曲线③）
＜T MN （＝484 N ·m ）—能带动。

实例：某电动机，带重物作园周运动，如图所示。

运行时，到达A 点后电动机开始过载，到达B 点时容易堵转，如何样解决？（上限频率为45Hz ）。

将传动比加大10%，则在电动机转矩相同的情形下，带负载能力也加大10%。

但这时的上限频率应加大为49.5Hz 。

传动比改变后，工作频率的
运算举例
负载转速 传动比
电动机转速
电动机额定转速
工作频率 296（不变） 2 592
1480（不变）
20.4 4
1184 40 5
1480
50
ΔnN ＝1500－1480＝20r/min
fX ＝600X pn ＝60
)(N X n n p
图2－44 重物园周运动
―――――――――――――――――――――――――――――――――
加大传动比的结果：
使变速箱输出轴的转矩增大。

或 使折算到电动机轴上的负载转矩减小。

2．9 变频拖动系统的差不多规律
2．
9
．1 变频拖动系统必须满足哪些条件？
1．电动机与负载的功率关系
2．电动机与负载的转
矩关系
图2－45 拖动系统的功率关系
―――――――――――――――――――――――――――――――――
电动机轴上的额定输出功率必须大于负载所需功率！
图2－46 拖动系统的转矩关系
―――――――――――――――――――――――――――――――――
电动机的有效转矩必须大于负载的折算转矩！
2．9．2拖动系统的重要规律与常见误区
[误区一] 能够甩掉减速器吗？
错
误缘故──电动机降速后的有效功率要随转速下降
图2－48 甩掉减速器
a）原先数据b）甩掉减速器的数据―――――――――――――――――――――――――――――――――（1）电动机在10Hz时的有效功率只有额定功率的1／5！
（2）电动机的额定转矩也远小于负载转矩。

图2－47 甩掉减速器
―――――――――――――――――――――――――――――――――不要减速箱，把频率降低为原先的1／5，一样减速。

[误区二] 通过加大工作频率来提升生产率，能够吗？
错
误缘故──负载升速后所需功率加大
[误区三] 能否拖动，要紧看转矩
实例1：用4极电动机代替6
图2－50 加大工作频率来提升生产率 a ）原有数据码 b ）频率加大后数据
―――――――――――――――――――――――――――――――――
（1）在额定频率以上运行时，电动机的有效转矩减小。

（2）负载的转速提升后，负载所需的功率将增加！
图2－49 加大工作频率来提升生产率 a ）原工作状态 b ）加大工作频率
―――――――――――――――――――――――――――――――――
频率增加1.2倍，线速度也增加1.2倍，可提升劳动生产率？
图2－51 用4极电动机代替6极电动机
a ）6极电动机拖动
b ）4极电动机拖动
――――――――――――――――――――――――――――――――――
容量相同的电动机，额定转速高者转矩小。

极电动机
实例2：用大容量电动机代替小容量电动机
图2－52 用15kW电动机代替11kW电动机
a）11kW 、6极电动机拖动b）15kW 、4极电动机拖动――――――――――――――――――――――――――――――――――带负载能力的关键要看额定转矩！
[综合实例] 某排粉机，原拖动系统数据:
三相整流子电动机额定功率: 160kW;
额定电流：285A，工作电流：234A，负荷率：σA≈0.82;
额定转速：1050∕350r∕min; 传动比：λ＝2
改造为一般电动机变频调速时：
电动机数据：160kW，275A，1480 r∕min。

运行情形：转速为1050r∕min时，电动机过载，电流达316A。

1．差不多分析
图2－53 改造前后的数据
a）改造前的数据b）改造后的数据―――――――――――――――――――――――――――――――――同容量电动机替换时，一定要比较替换前后的额定转矩。

2．解决方法－改选6极电动机
图2－54 加大磁极对数前后的数据
a）改造前的数据b）加大磁极对数后的数据――――――――――――――――――――――――――――――――――增加磁极数的结果：
额定转速减小。

额定转矩增大。

在一定范畴内能够加大带负载能力。