第一讲知己知彼说变频.docx
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第一讲知己知彼说变频
第一讲知己知彼说变频
一．基本关系要牢记
（一）能量守恒是根本
图２－１拖动系统的功率
１．拖动系统的最基本条件
ＰMN≥ＰL
２．调速电动机的特点
（１）电动机的输出转矩不能增大
∵ＴM＝ＫT·ＩM·Φ·cosφ
电流大了要“发烧”，磁通大了要饱和。
∴ＴM≯ＴMN
（２）在额定转速以下，有效输出功率随转速而下降
如果ｎMX↓
图２－２电动机调速的特点
必有ＰME＝
↓
３．某些违反能量守恒的想法
图２－３能量失衡的实例１
（１）能否不要减速器，直接通过变频器降速？
图２－４能量失衡的实例２
（２）为了提高生产效率，能否通过提高频率来实现？
（一）能量守恒是基本
（二）能否拖动转矩争
图２－５带动负载比转矩
（一）能量守恒是基本
（二）能否拖动转矩争
（三）运行还要看温升
图２－６负载变化和散热
一．基本关系要牢记
二．负载条件是上帝
（一）转矩变化看特性
1．
图２－７恒转矩负载示例
恒转矩负载
ＴL＝Ｆ·ｒ
Ｆ──磨擦力，ｒ──滚轮半径，都和ｎL无关。
ＰL＝ＴLｎL∕９５５０∝ｎL
特点：
ＴL＝ｃｏｎｓｔ
ＰL＝ＫPｎL
2．
图２－８恒功率负载示例
恒功率负载
ＴL＝Ｆ·ｒ
Ｆ──薄膜张力，要求恒定；ｖ──薄膜线速度，也要求恒定。
ｒ──卷取半径。
随着ｒ越卷越大：
（１）∵Ｆ恒定，∴ＴL增大；（２）∵ｖ恒定，∴ｎL必减小。
特点：
ＰL＝ｃｏｎｓｔ
ＴL＝ＫT（ＰL/ｎL）＝ＫT（１/ｎL）
3．
图２－９二次方律负载示例
（ａ）卷取机械（ｂ）机械特性（ｃ）功率特性
二次方律负载
特点：
ＴL＝ＫT·ｎL2
ＰL＝ＴL·ｎL∕９５５０
＝ＫT·ｎL2·ｎL∕９５５０
＝ＫP·ｎL3
４．混合特性负载
图２－１０混合特性负载
（ａ）车的机械特性（ｂ）龙门刨床的机械特性
混合型机械特性主要见于各类金属切削机床中。
特点：
（１）低速段：
阻转矩由切削力构成，具有恒转矩特性；
（２）高速段：
受床身机械强度的限制，只能恒功率调速。
（一）转矩变化看特性
（二）发热要由工况定
图２－１１电动机的温升曲线
电动机的温升曲线
图中：
θN──额定状态下的稳定温升；
τ──发热时间常数。
曲线①──实际温升曲线；
曲线②──不散热情况下的温升曲线。
根据负载工况的不同，电动机的温升特点也不相同，一般说来，可分为：
１．连续负载如图２－９所示
图２－１３连续负载
２．断续负载和短时负载
图２－１４非连续负载
（ａ）断续负载（ｂ）短时负载
短时负载举例
一．基本关系要牢记二．负载条件是上帝
三．变频本领须有底
（一）能力须瞧有效线
图２－１６电动机的有效工作点
１．有效转矩线的定义
图２－１７ｋU＝ｋf时的有效转矩线
把不同频率下的有效工作点联接起来，便得到异步电动机在变频调速时的有效转矩线，如图２－１６所示。
图２－１８有效转矩线与工作点
有效转矩线只表明拖动系统能够正常运行的工作范围，拖动系统的工作点通常不在有效转矩线上，如图２－１８所示。
（一）能力须瞧有效线
（二）低频散热是关键
图２－１９完全补偿的有效转矩线
１．完全补偿的有效转矩线
图２－２０功耗与散热对有效转矩线的影响
２．功耗与散热
图２－２１实际有效转矩线
３．实际有效转矩线
（一）能力须瞧有效线
（二）低频散热是关键
（三）高频功率不能变
∵当ƒX＞ƒN时，ＵX＝ＵN＝ｃｏｎｓｔ
∴Ｐ1X＝３ＵNＩNｃｏｓφ1≈ＰN＝ｃｏｎｓｔ
图２－２２额频以上的有效转矩线
一．基本关系要牢记二．负载条件是上帝
三．变频本领须有底
四．传动机构细算计
（一）机械功率要传递
图２－２３常见的传动机构
传动比：
λ＝ｎM∕ｎL
（一）机械功率要传递
（二）能量守恒须牢记
ＰM＝ＴMｎM∕９５５０；ＰL＝ＴLｎL∕９５５０
ＰM≈ＰL
ｎL＝ｎM∕λ
ＴL＝ＴM·λ
可见，经传动机构减速后：
（１）负载侧的转速下降，
（２）但转矩增大。
图２－２４电动机和负载的工作点
（一）机械功率要传递
（二）能量守恒须牢记
（三）折算为了坐标系
图中，电动机的工作点Ｑ1：
（３５，１５００）
负载的工作点Ｑ2：
（１４０，３７５）
折算公式：
ｎL’＝ｎL·λ＝ｎM
ＴL’＝ＴL∕λ
（ＧＤ2）’＝（ＧＤ2）∕λ2
物理意义
经传动机构减速后：
（１）电动机轴上的负载减轻；
（２）电动机轴上的飞轮力矩大为减小。
（一）机械功率要传递
（二）能量守恒须牢记
（三）折算为了坐标系
（四）遇事常想传动比
１．传动比与电动机的容量实例：
某负载：
ＴL＝８９Ｎ·ｍ；ｎL＝３７５ｒ∕ｍｉｎ；ＰL＝３.５ｋＷ。
电动机：
２ｐ＝４；ｎMN≈ｎM0＝１５００ｒ∕ｍｉｎ，ｓ≈０。
λ＝１
（１）电动机的转速因为λ＝１，所以：
ｎMX＝ｎL＝３７５ｒ∕ｍｉｎ
因ｐ＝２、ｓ≈０，故工作频率：
ƒX＝
＝１２.５Ｈｚ
（２）电动机的转矩
因为λ＝１，所以：
ＴMN＝ＴL＝８９Ｎ·ｍ
（３）电动机的容量
图２－２４λ＝１
ＰMN＝
＝１３.９８ｋＷ
选用ＰMN＝１５ｋＷ的电动机。
（４）说明：
１５ｋＷ的电动机运行在１２.５Ｈｚ时，其输出功率只有３.７５ｋＷ。
λ＝２
（１）电动机的转速因为λ＝２，所以：
ｎMX＝ｎL’＝３７５×２＝７５０ｒ∕ｍｉｎ
工作频率因为
图２－２５λ＝２
ｐ＝２、ｓ≈０，所以：
ƒX＝
＝２５Ｈｚ
（２）电动机的转矩因为λ＝２，所以：
ＴMN＝ＴL’＝８９∕２＝４４.５Ｎ·ｍ
（３）电动机的容量
ＰMN＝
＝７.０ｋＷ
选用ＰMN＝７.５ｋＷ的电动机。
（４）说明：
７.５ｋＷ的电动机运行在２５Ｈｚ时，其输出功率只有３.７５ｋＷ。
λ＝４
（１）电动机的转速
因为λ＝４，所以：
ｎMX＝ｎL’＝３７５×４＝１５００ｒ∕ｍｉｎ＝ｎMN
明显的是，因为电动机的转速等于额定转速，所以，其工作频率也必等于额定频率：
ƒX＝ƒN＝５０Ｈｚ
（２）电动机的转矩因为λ＝４，所以：
ＴMN＝ＴL’＝８９∕４＝２２.２５Ｎ·ｍ
（３）电动机的容量
ＰMN＝
＝３.５ｋＷ
图２－２６λ＝４
选用ＰMN＝３.７ｋＷ的电动机。
２．传动比与电动机的起动
某锯片磨床，卡盘直径达２ｍ。
图２－２７锯片磨床示意图
传动比为λ＝５，电动机的容量为３.７ｋＷ。
存在问题：
起动较困难。
起动困难的原因：
卡盘的飞轮力矩（ＧＤ2）太大。
解决办法：
将传动比增大为λ＝７.５。
将传动比增大后，卡盘可以在５ｓ内起动起来。
一．基本关系要牢记二．负载条件是上帝
三．变频本领须有底四．传动机构细算计
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