变频器培训docWord格式.docx
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1．转子串联电阻的机械特性
2．改变电压的机械特性
图2－5 改变电压的机械特性
a）电路图 b）机械特性
临界转速不变，临界转矩减小，起动转矩减小。
可平滑起动。
不利于起动。
图2－6 fX≤fN时的机械特性
a）变频调速 b）变频机械特性簇
随频率的减小而下移。
临界转矩：
略有减小。
机械特性硬度：
基本不变。
可平滑调速。
低频时带负载能力略有减小。
3．改变频率的机械特性（kU=kf）
转矩变小的关键在磁通！
2．2 低频时临界转矩减小的原因
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）相平衡的。
（2）电磁转矩正比于转子电流和磁通的乘积。
（3）电流是不允许超过额定电流的。
（4）临界转矩与磁通成正比。
2．2．1 有效转矩与磁通
2．2．2 与磁通有关的因素
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）
≈U1X－ΔU1
图2－8 低频时临界转矩减小的原因
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，则阻抗压降也基本不变。
反电动势：
有所减小。
磁通：
当kU＝kf，I1＝I1N时，在不同频率下的磁通量
fX（Hz）
U1X（V）
Φ1X（%）
50
380
100
20
152
87
40
304
98
10
76
66
30
228
94
5
38
23
2．3 增大转矩的对策之一 ——V／F控制方式
2．3．1 V／F控制的基本思想
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
转矩提升的基本思想：
低频时适当补偿电压，使反电动势保持不变。
1．设置转矩提升功能
图2－10 转矩提升量的定义
a）基本U∕f线 b）转矩提升量
基本U∕f线：
kU＝kf时的U∕f线。
基本频率：
与最大输出电压对应的频率。
转矩提升量：
UC%＝
×
100%
2．转矩提升后的U∕f线
图2－11 负载变化（减轻）对磁通的影响
a）负荷率减轻至20% b）正常时励磁电流 c）饱和时励磁电流
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。
负载减小时，将有所增加。
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。
3．转矩提升存在的问题
2．3．2变频器提供的U∕f线
图2－12 U∕f线的类型之一
a）U∕f线类别 b）恒转矩类U∕f线 c）二次方类U∕f线
第一步：
预置U∕f线类别。
第二步：
预置转矩提升量。
1．U∕f线的类型之一
图2－13 U∕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围：
0.1～0.9（0.9对应于10%）。
一次方律负载预置范围：
1.0～1.9（1.9对应于10%）。
恒转矩负载预置范围：
2.0～20.0（20.0对应于10%）。
2．U∕f线的类型之二
3．U∕f线的类型之三
图2－14 U∕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
作出所需U∕f线。
作出近似折线。
第三步：
预置近似折线各拐点的坐标。
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。
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%＝
≈
（3）转矩提升量约为：
UC%＝10%×
ξmax%
＝0.1ξmax%
（4）根据运行情况进行调整。
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。
2．提升不足
2．提升过分
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。
（1）提升过分时的IM＝f（TL）曲线
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：
低频运行时负荷率很低，应进行负补偿。
（2）提升过分的实例之一
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：
浇铸机虽然处于重载状态，因已接近于基本频率，也不必补偿。
（3）提升过分的实例之二
休 息 15 分
2．3．4 关于预置基本频率的讨论
1．电动机额定电压不符时的处理
图2－20 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
通过增大基本频率，使与50Hz对应的电压为220V。
（1）三相220V电动机配380V变频器
图2－21 270V、70Hz电动机配380V变频器
作出所需基本U∕f线OA。
延长OA至B，B点对应380V。
算出与B点对应的基本频率。
（2）270V、70Hz电动机配380V变频器
图2－22 电源电压与基本频率
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，应降低基本频率。
额频时降压节能：
“大马拉小车”时，适当加大基本频率，可减小与50Hz对应的电压，实现降压节能。
2．电源电压与基本频率
变频效颦赛“西施”！
2．4 增大转矩的对策之二 ——矢量控制方式
2．4．1 矢量控制的基本思想
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。
1．直流电动机的特点
2．矢量控制的基本思路
图2－24矢量控制框图
将给定信号分解成两个互相垂直的磁场信号。
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）
图2－25 矢量控制所需参数
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。
1．矢量控制需要的参数
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%IMN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。
2．电动机的空载和堵转试验
3．自动测量的相关功能
（1）安川G7系列
表2－1 自动测量相关功能（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。
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。
（2）V5－H系列
表2－2 自动测量相关功能（V5－H系列）
P9．01
P9．02
P9．03
P9．04
P9．15
参数自整定
静止自整定；
2：
旋转自整定
自整定过程中，如出现过电流或过电压，可适当延长加、减速时间。
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 有反馈矢量控制和无反馈矢量控制
图2－27有反馈矢量控制方式
a）直接安装与接线 b）过渡轴 c）过渡轴套 d）联接附件
有反馈矢量控制：
外部有转速反馈的矢量控制。
转速反馈器件：
旋转编码器，有轴型和轴套型之分。
变频电动机：
选用轴套型编码器，直接套在电动机输出轴上。
普通电动机：
须通过过渡轴套或过渡轴以安装编码器。
联接附件：
如变频器不具备直接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。
1．有反馈矢量控制接法
2．相关功能（艾默生TD3000）
功能码名称
数据码及含义（或范围）
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控制方式
图2－28 无反馈矢量控制方式
a）无反馈矢量控制示意图 b）机械特性曲线簇
无反馈矢量控制：
无外部转速反馈的矢量控制。
3．无反馈矢量控制
图2－29 不宜采用的场合
a）带多台电动机 b）容量差两档以上 c）8极以上 d）特殊电机
要点：
矢量控制在进行矢量变换时，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别较大时，矢量变换将出现较大误差。
4．矢量控制方式的适用范围
2．5 增大转矩的对策之三 ——直接转矩控制方式
图2－30 直接转矩控制框图
1．直接转矩控制属于脉冲调速方式。
2．脉冲的形成由实测转矩与基准转矩比较而得（bang－bang控制）。
3．以保持磁通恒定作为辅助控制。
2．5．1 控制框图
2．5．2 主要优、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，低频时较显著。
（2）脉冲频率较低，噪音较大。
何谓有效转矩？
2．6 变频调速的有效转矩线
2．6．1有效转矩线的概念
图2－31 额定工作点与有效工作点
有效转矩：
非额定状态下，允许长时间运行的最大转矩。
1．额定工作点与有效工作点
2．ｋU＝ｋƒ时的有效转矩线
图2－32kU＝kƒ时的有效转矩线
a）kU＝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：
是表示允许正常工作范围的界线，不是特性曲线。
2．6．2电动机变频后的有效转矩线
图2－33散热和有效转矩线的关系
a）各种损失与转速的关系 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。
1．ƒX≤ƒN的有效转矩线
2．有效转矩线的改善
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
变频电动机的主要特点：
（1）有一个直接与电源相接的风扇，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，用户便于掌握。
（4）槽绝缘加强，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
图2－35 fX＞fN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fX＞fN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。
∴ fX↑→Ｕ∕ƒ比↓→主磁通Φ1↓→临界转矩TKX↓
2．7 电动机机械特性的调整
机械特性软、硬可随意！
2．7．1 机械特性变硬（转差补偿）
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况下，负载增大时，适当提高输出频率。
1．转差补偿的含义
2．转差补偿的应用举例
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。
很低频率时：
可使电动机很低速运行。
2．7．2 机械特性变软（下垂特性）
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。
1．下垂特性的含义
2．下垂特性的应用举例
图2－39 桥式起重机的大车
大车的拖动特点：
两侧各由一台电动机拖动，由同一台变频器供电。
休 息 15 分 钟
电气工程师
勿忘传动机构！
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
图2－40 传动机构的作用
a）传动比为1 b）传动比为5
传动比增大时：
（1）转速降低
（2）转矩增大
１．传动机构的作用
2．原理
λ＝
nL＝
根据能量守恒的原则，有：
＝
∴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：
TM’＝484×
5＝2420N·
m（曲线③）
＞TL（＝2258N·
m）—能带动。
2．8．2 传动系统为啥要折算？
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。
１．折算的必要性
2．折算的基本原则
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。
3．折算公式
（1）转速的折算nL’＝nL·
λ＝nM
（2）转矩的折算TL’＝
（3）飞轮力矩的折算（GDL2）’＝
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）
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
TL’＝2258÷
5＝451.6N·
＜TMN（＝484N·
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，怎样解决？
（上限频率为45Hz）。
将传动比加大10%，则在电动机转矩相同的情况下，带负载能力也加大10%。
但这时的上限频率应加大为49.5Hz。
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。
传动比改变后，工作频率的计算举例
负载转速
传动比
电动机转速
工作频率
296（不变）
2
592
1480（不变）
20.4
4
1184
1480
ΔnN＝1500－1480＝20r/min
fX＝
能量守恒须牢记！
2．9 变频拖动系统的基本规律
2．9．1变频拖动系统必须满足哪些条件？
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！
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2－46 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
图2－47甩掉减速器
不要减速箱，把频率降低为原来的1／5，一样减速。
[误区一]可以甩掉减速器吗？
图2－48甩掉减速器
a）原来数据 b）甩掉减速器的数据
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