电机转矩计算.docx
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电机转矩计算
第三章交流笼型电动机软起动设备的工程应用
3.1
交流电动机软起动参数计算基础
3.1.1交流电动机软起动转矩平衡方程
交流电动机软起动转矩平衡方程也称电动机惯性系统运动方程
当负载转矩为M,电机转速额定值为N时,电动机惯性系统运动方程为
GD2
2刃dN
M
B—•
•
4g2
60dt
GD
dN
375
寺•m)
(3-1)
式中
M加速转矩—
MM—Ml(kg-
-m);
M
M电机转矩
(kg-
-m);
M
L负载转矩
(kg-
-m);
GD2电机飞轮转矩+换算到电机轴上的负载飞轮转矩;
N转速(转/分);
T时间(秒);
g重力加速度vm/s。
3.1.2加速、减速时间的确定
由式3-1可知由于由零速加速至速度N所用的时间t
根据式3-2,如能给出加速转矩MB,则能求出加速时间t加,而若给出减速转矩,则
能求出减速时间t减。
若计算式3-2积分时,以最简单的情况,当阻力矩常量,GD为常
GD2
375(M—Mc)
实际上考虑到转矩的变动,转矩M用其平均值给出
F面举例说明:
GD=0.212kg-mi,
Mmin=1.2kg-m;求电机加、减速时间。
负载转矩最大Mmax=1.5kg-m,最小负载转矩
解:
求取速度变化差△N(其中0.03为转差率)
△N=120jl5°—0.03)—0=1450转/分
求取电机电磁转矩MM
其中系数1.1为实际整定加速系数
求取减速时间t减
其中系数0.2为减速系数
由于平方转矩的性质,负载转矩随速度大幅度变化,仅用平均加、减速转矩做为加速
时的做功转矩,是不合适。
为此提出下面公式:
r+r、GDNnax
加速时间t加二(秒)(3-4)
3/5?
IMmin
其中MAmin最小加速转矩(kg-m)
Nmax最高转速(转/分)
减速时间t减
gDnLx
375?
Mmin
其中NAmin最小减速转矩(kg•m)
式中NAmin,NDmin可用图表示(图3-1)
实际上除设计者外,多数都不计算,这里给出的只是工程整定前的预置参数。
3.1.3惯性转矩GD
惯性转矩有时也称飞轮转矩,它是为使静止物体在一定时间内加速到某一速度时物体质量的度量,他与物体质量形状有关,工业应用的是以kg・m为单位。
一般在
软起动参数整定时都要求设计者给出这一数值,本手册本章也给出通用负载的GD参数值范围。
这里还需指出的是,若电机通过齿轮机与负载相联,那么在GD计算时,要考虑减速比的折算。
如设减速器的效率100%。
电机侧减速齿数G,负载侧减速齿数G
G1
则"2="GT?
Ni
G2M2=?
Mi
G1(G®二曇)2?
gd2
其中:
G齿轮齿数;
M,M负载侧,电机侧转矩;
N2,N负载侧,电机侧转速。
3.2采用软起动时基本参数工程整定
3.2.1斜坡电压起始值
斜坡电压起始值U如图3-2所示,在计算中引用的参数定义见图3-3
LN
MLot=0时负载转矩
MB起始电压电机加速转矩Ma-Ml
MA电机固有特性的起动转矩(即堵转转矩)
MN电机额定转矩
MMos软起动t=0时电机转矩
MBos软起动t=0时加速转矩
要求:
MbosMMios-MLc»0.i5MN
△n
速度变化量
nN
额定速度(转/分)
Ubi
起始电压
U
N
额定电压(伏)
U
端电压
MN
电机额定转矩(Kg
Mo
电机起始转矩(Kg-
m
t
运行时间(秒)
tR
起动积分时间(秒)
I
起始电流(安)
图3-2电压斜坡
图3-3典型交流电动机与负载转矩-速度关系
(3-6)
Us=LNXML卄0.15MN
其中Mlo---t=0时负载转矩
MLO+0.15Mn---t=0时加速转矩
Ma---t=0时全压起动时电机转矩与Us起始电压对应的起始电流Is
LS
(3-7)
IS=IdX■
UN
其中IS—施加起始电压后的起始电流
Id—全压起动时的起始电流
式3-6是根据图3-3所示,使电机由某一速度加速到某一速度,转速变化量△n时,
所需加速转矩MBcs=再根据电动机端电压与转矩关系(式1-1)△Ma△转换推导出。
关于
MBos工程上设定为:
Mbo尸Mo+0.15Mn
即是说要在负载转矩Mo基础上留有15%師定转矩的富裕。
(见图3-4)
图3-4纯调压软起动
如图3-4,通过限压降低了起动电流,其结果压低了电机速度与转矩曲线,但由于电机特性在制动转矩的最低点(n=0)有一负阻不稳定工作区,因而要求电机转矩要高于负载转矩15%,这是最低的要求。
U
电
图3-5软起动的电压电流转速
所谓斜坡上升时间,就是使电机从零速起达到额
定转速所经过的时间。
它可由下式算出。
(3-9)
其中:
tDOL电机在△接法下全压起动时间(秒)
根据同样的原理,还可求得如图3-5中任一时刻t1
或t2的时间(克服惯量的时间)
1=2八/60xJ[kg•m]2x△n[1/分]x1/MboSN•M]
1
9^x"△nx
1
議xj—nx
其中,Jw10xJ电机
1
Mos
1
Mo+0.15Mn
(3-10)
然后,再根据图3-3通过下列推导,先计算出t1
时刻的加速转矩MBi,计算出加速到
3.2.2斜坡上升时间tR
△n后的t2时间。
先求取MB1加速转矩:
2
MB1=(Utem一UN)XMMl一Ml
这是根据图3-2的比例关系和式1-1物理概念直接得出
(3-11)
1,1
t2=9.55XJXAnXMb1
其中:
J—电动机+负载(计算到电机轴)转动惯量
如将3-11改写,可得到一求取时间的公式,即对应限制电压下的起动时间
I
I/IA
1.0Un
图3-6带限流的软起动
其中,J-
-J>10J电机,电机转动惯量的10倍
Mterm
—施加于电动机的端电压
Mbav
—电动机加速转发矩平均值
Miav
—负载转矩平均值
3.2.3起动电流限制值
IB
I额定
1
图3-7依电流控制限制起动电流
t
我们由第二章中知道采取限流方案可以使得起动电流的波形良好(见图3-6),获得比只施加斜坡电压(限压)更好起动效果。
(见图3-6)。
从图3-7可得出,限制起动电流的结果;
起动电流限制值由下式算出
US
其中M—电动机堵转转矩;
IB—电流限制值;
IA—起动电流。
324脉冲持续时间
对于重载设备,也可通过软起动装置实现平滑起动,问题是在施加斜坡电压之始,
同时给出一个尖峰电流。
以尖峰电流给电机提供一个加速转矩,克服负载转矩后实现软起动
(如图3-8所示,其中U—突跳电压,“一脉冲电流/突跳电压保持时间)
n
图3-8带脉冲电流的起动
例如对起重(吊车)传动要有足够的起动时间,实施起动时间约100〜300ms而对钢铁
设备、压碎机等设备,这一时间大约需要1秒(天传电子产品tL可从0.25-2秒可调)。
3.3各类选用软起动工程参数推荐表
尽管本章的大部份叙述的都是工程用软起动装置参数计算方法,除去工程设计者外,许多用户仍感到计算麻烦,特别是在某些基础数据不全的情况下,很难做出准确计算。
为此,本节将向用户推荐一组常用装备软起动基本参数估算值,仅供参数。
下面对这一推荐表,作些说明:
3.3.1负载类型
本表共推荐23种应用机械,当然还是不能包括您所需要的应用机械;不过,您可在
本表中找到依此类推的参数,供您选择。
只要您将您的负载归并到M=f(n)的那一类,查表
即可。
3.3.2负载转矩的基本数据
正如本章前节叙述的那样,所有计算依据多数是负载转矩的特征值,为此本表给出了起动转矩与额定转矩相比的比例和总折合惯量/电机惯量的倍比,正如大家所知,这是估计起始电压,起始电流起动时间的重要依据。
3.3.3起始电压,起始电流,起动时间的推荐
正是有3.3.2节的基础,则很容易地做出对各类应用机械的起始电压,起始电流,起动时间的估算。
3.3.4负载工艺特点及控制要点
为了大家能更好地设计二次电路,本表将这些应用机械控制要点分别加以说明,为您提供方便。
当然这里给出的工业负载为典型负载,还有许多负载没有包括其中,用户应用时可以向本公司及代理商咨询,我们竭成为您服务。
表3-1各类负载选用软起动工程参数整定表
应用机械
负载类型
起动/
转矩/
/额定/负载转矩
兑折合/
惯性矩/
/电机/惯性矩
负载工艺控制要点
起动电流
%
起动时间
(秒)
离心泵
泵类Ma六
40%
1
慢速停机,负载保护,防止相位颠倒保护
300
5〜15
离心风机
2
风机Man
40%
15
提供停机制动转矩,检测阻塞物造成的过载(负载)
350
10〜40
离心式压缩机
风机或重载
2
>30SMan
50%
15
防止相位颠倒保护,停止自动排空气体
350
10〜40
离心过滤(分离)机
风机Man2
20%
30
防止相位颠倒保护,停止自动排空气体
300
10〜40
活塞式压缩机
压机Man
50%
1
防止相位颠倒保护,停止自动排空气体
350
5〜10
螺旋式压缩机
压机Man
10%
1
防止相位颠倒保护,停止自动排空气体
300
3〜20
活塞泵
泵类M=常量
0.2〜0.8
检测泵运转方向即运行中的干燥剂
350
5〜10
风机
风机或重载
>30S
2
ManMan
40%
10
提供停机制动转矩,检测阻塞物造成的过载(负载)
300
10〜40
冷缩机
风机M=n
电机保护
300
5〜10
传送带运输机皮带机
M=常量
100%
10
检测故障的过载控制或检测损坏的负载控制
300
3〜10
电梯提升机
碾机M=常量
100%
10
检测故障的过载控制或检测损坏的负载控制及变化负载恒定起动
350
5〜10
T型缆车
皮带机M=常量
100%
10
恒疋起动,检测阻塞过载控制;软停车,制动控制
400
2〜10
螺旋输送机
皮带机Man
100%
5
检测恶劣环境的过载和损坏时的欠载
300
3〜10
圆锯带锯
皮带机或重载
>30SM=常量
快速制动
300
10〜60
搅拌机:
碾机Ma1/n
120%
10
工作电流显示搅拌材料密度「
350
5〜20
拉丝机
压机Man
20%
10
350
5〜40
粉碎机
碾机重载
Ma1/n
100%
10
停机时限制振动,检测阻塞时过载控制,高起止转矩
400
10〜40
热泵
泵类Man
40%
0.5
350
5〜10
切料机
碾机重载
M=常量
100%
10
控制起动转矩
400
3〜10
压延机滚压机
压机重载
Man
120%
15
停机限制振动,检测阻塞的过载
450
5〜60
精炼机
标准负载
100%
10「
控制起动停止转矩:
300
5〜30
压力机
压机或重载
120%
15
增加工作周期的制动
400
20〜60
车床
Ma1/n
100%
3
350
5〜10
备注
风机中容积式属M%n,其他类属Man2
10