变频器在各类负载中的应用 8913【中国自动化网社区】64482b【http://sns.ca800.com】cec23b
1.1变频器的额定数据 74efef【中国自动化网社区】049248【http://sns.ca800.com】d8e
输入：额定电压、频率、电压允许变动范围。 2406【中国自动化网社区】b030ef【http://sns.ca800.com】50325
输出：电压、频率、过载能力。 ba【中国自动化网社区】99dbe4【http://sns.ca800.com】1a769
额定容量/kVA ba【中国自动化网社区】99dbe4【http://sns.ca800.com】1a769
额定输出电流/A b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
适配电动机功率/Kw b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1.2变频器的功能预置 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
常用功能： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
a:选择操作方法（‘键盘操作’或‘外接端子操作’） b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
b:选择控制方式（‘V/F控制’‘无反馈矢量控制’‘有反馈矢量控制’） b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
c：预置U/f比（V/F控制下） b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
d：预置加、减速时间 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
根据生产机械的转动惯量大小，以及对加、减速时间的具体要求设计。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2.恒转矩负载的变频调速 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2.1 恒转矩负载的特点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
TL=const b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
必须注意：这里所说的转矩大小的是否变化，是相对于转速变化而言的，不能和负载轻重变化时，转矩大小的变化相混淆。或者说,‘恒转矩’负载的特点是：负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速无关。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
功率特点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
PL=TLNL/9550∝nL b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2.2恒转矩负载的低速运行与起动 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）低速运行 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
恒转矩负载在低速运行时，也要求电动机具有足够大的电磁转矩，才能拖动负载稳定运行。对此，变频器可采取的对策有： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1）加大变频器容量 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
低速长时间运行，变频器容量加一档。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2）加大变频器提升功能 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
调试时可逐渐加大转矩提升量，直至能带动负载为止。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（3）加大转差补偿功能 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
在给定频率的基础上，增加一点与转差对应的频率。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（4）采用采用矢量控制方式 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
采用矢量控制方式后，低频运行时的带负载能力可达电动机额定转矩的1.5倍。但需注意：如是无反馈矢量控制，则部分变频器的最低频率最好不低于5HZ。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）恒转矩负载的起动 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1）起动特点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
正常起动时负载的阻转矩为TL,而在起动瞬间，阻转矩增大为TLS.故恒转矩负载起动的特点是：重载起动。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2）重载起动的对策 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
除了在低频时采取的各项对策外，还可以预置起动频率fs，（可以在起动瞬间有一点冲击力，以克服负载的静摩擦力）起动频率持续时间ts的长短，可根据具体情况决定。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2.3恒转矩负载的调速范围 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1.调速范围和负载率的关系 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
负载率不同，允许长时间运行的最高频率和最低频率也不一样，从而频率调节的范围也不同。不同负载率下的调速范围见下表： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
负载率（%） b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 最高频率/Hz b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 最低频率/Hz b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 调速范围 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 |
100 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 50 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 20 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 2.5 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 |
90 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 56 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 15 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 3.7 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 |
80 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 62 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 11 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 5.6 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 |
70 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 70 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 6 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 11.6 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 |
60 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 79 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 2 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 | 39.5 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4 |
由上表可见：负载率越大允许的调速范围越窄，常不能满足生产机械的要求。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2.满足调速范围的方法 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1）尽量减小最低运行频率 具体方法有： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）选用变频专用电动机 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）采取矢量控制方式 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
迄今，无反馈矢量控制的最低运行频率可达（0.5-1）Hz；而有反馈矢量控制的最低运行频率可达0.1Hz。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2）增大传动比 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
以下列实例说明： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
某恒转矩负载，要求最高转速为720r/min；最低转速为80r/min(调速范围αn=9)。满负载时负载侧的转矩为120N•m。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
电动机的额定功率为PN=11kW，额定转速为nN=1440r/min。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
传动装置的传动比为λ=2。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
采用变频调速，用户要求不增加额外的装置，如转速反馈装置及风扇等。但可以适当改变带轮的直径，在一定范围内调整传动比。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
计算如下： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）电动机的额定转矩：TMN=9550PMN/nMN=9550*11/1440N•m=73N•m b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）负载转矩的折算值：TL’=TL/λ=120/2N•m=60N•m b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
3）电动机的负载率：σA%=TL’/TMN=60/73*100%=82%α b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
4）核实允许的变频范围：当负载率为0.82时，允许频率范围约是12-60Hz，调速范围为αf=fmax/fmin=60/12=5＜αn（=9） b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
5）减小负载率的措施：由上表知，如果负载率为70%的话，则允许调频范围为（6-7）Hz，调频范围为70/6=11.7＞αn(=9) b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
电动机轴上的负载转矩应限制在 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
TL’≤TMNσA%=73N•m*70%=51N•m b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
确定传动比： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
λ’≥TL/TL’=120/51=2.3 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
选 λ’=2.5 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（3）校核 由于最高工作频率超过了额定频率，故需要进行必要的校核。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
电动机的转速范围 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
nMmax=nLmaxλ’=720*2.5=1800r/mim b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
nMmin=nLminλ’=80*2.5=200r/min b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
额定转差率 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
s=（n0-nM）/n0=（1500-1440）/1500=0.04 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
工作频率范围 假设在调速过程中，转差率不变，则 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
fmax=pnMmax/60(1-s)=2*1800/60*(1-0.04)=62.5Hz＜70Hz b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
fmin=pnMmin/60(1-s)=2*200/60*(1-0.04)=7Hz＞6Hz b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
可见，增大了传动比后，久可以减小电动机的负载率，使工作频率从在允许范围内。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2.4恒转矩负载的功能预置要点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1.上下限频率的预置要点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1）上限频率的预置要点 上限频率应尽量接近基本频率。原因如下： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）上限频率低于基本频率时，电动机的有效输出功率将减小。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）上限频率高于基本频率时，电动机的有效转矩将减小。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2）下限频率预置要点 频率太低时，在下限频率下运行时，电动机的有效转矩有可能小于负载转矩。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2.加、减速时间的预置要点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1）起、制动不频繁负载 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）加速时间的预置，以起动电流不超过允许范围为准。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）减速时间的预置，以直流电压不超过允许范围为准。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2）频繁起、制动负载 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
由于加速过程和减速过程是“非生产过程”，故对于频繁起、制动负载，加、减速时间应尽量短，以不影响劳动生产为准。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
为避免不必要的跳闸，应： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1） 预置加、减速的防止跳闸（防失速）功能。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2） 接入制动电阻和制动单元。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
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3.重力负载的变频调速 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
3.1溜钩的防止 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
在重物开始升降或停住时，要求制动器和电动机的动作之间必须紧密配合。制动器从抱紧到松开，及从松开到抱紧的动作过程需要时间（约0.6秒）；而电动机的电磁转矩是在通电或断电瞬间久立刻产生或消失的。故两者在配合上常会出问题。若电动机已经通电，而制动器尚未松开，将导致电动机的严重过载；反之，若电动机已经断电，而制动器尚未抱紧，则重物必将下滑，出现溜钩现象。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1）原拖动系统的防溜钩措施 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）由‘停止’到‘运行’电磁制动器线圈与电动机同时通电。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
存在问题：对电动机来说，延长了启动过程中大电流存在的时间；对制动器来说，影响闸瓦的寿命。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
3） 由‘运行’到‘停止’使制动器先于电动机0.6秒断电，以确保电动机在制动器已经抱紧的情况下断电。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
存在问题：对电动机来说，加大了断电前的电流；对制动器来说，影响闸瓦寿命。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2）变频调速系统中的防溜钩措施 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
基本思想：让上述过程在很低的频率下进行，从而使电动机的电流和闸瓦的摩擦大为减小。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
3.2发生故障时的应急措施 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1）制动单元损坏后的应急措施 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）制动单元损坏的原因 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
与制动电阻的阻值匹配不好而烧坏功率管； b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
制动单元内部的开关电源损坏，导致功率管也损坏。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）应急措施 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
制动单元中的开关器可以用三相交流接触器来代替，接触器的三对触头必须串联。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
三对触头串联的原因： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
交流接触器的主触点的耐压是500V，而直流电路的工作电压大于500V。三对串联后，耐压达1500V，裕量足够。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
交流接触器的灭弧系统较差，一般不适宜用在直流电路中。三对触点串联后，可以加强灭弧作用。由由于是电阻电路，灭弧相对容易。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2）变频器跳闸时的防溜钩 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
变频器跳闸后，电动机处于自由制动状态，上述控制对策完全失去作用。这时，虽然电磁制动器将因失电而开始抱紧，但在尚未抱紧的过程中，重物必将下滑，形成溜钩。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
防溜钩的措施：在变频器跳闸时，在电动机绕组中迅速通入直流电流，使电动机处于直流制动状态。外加直流电源经一定的延时后撤消。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
3.3桥式起重大车的控制特点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）大车的馈电特点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
瞬间的接触不良时有发生。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）大车的拖动特点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
大车拖动系统通常由两台电动机拖动两侧的主动轮同时移动，两台电动机由一台变频器供电。（下垂功能） b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
4恒功率负载的特点 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
4.1变频调速系统的主要问题 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
实例： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
某卷绕机负载的转速范围为153-318r/min,电动机的额定转速为960r/min，传动比λ=3。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
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卷径最小时的负载转矩T’Lmin=10N•m ，卷径的最大时的负载转矩n’Lmax=60N•m 。负载的机械特性如图所示。
图中，横坐标是负载转矩TL；纵坐标是负载转速NL。进行计算时，为了比较，负载的转矩和转速都用折算值。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1) 负载侧的计算 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（1） 最高转速时的负载功率 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
PL=T’Lminn’Lmax/9550=10*960/9550kW≈1kW b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
（2） 最低转速时的负载功率 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
PL=T’Lmaxn’Lmin/9550=60*153/9550kW≈1kW b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
可以说：在卷绕的全过程中，负载的功率基本是恒定的。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）电动机侧的计算 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
(1)电动机的额定转矩必须能够带动卷径最大时的负载转矩，即 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
TMN≥TLmax=60N•M b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
(2)电动机的额定转速必须满足负载的最高转速，即 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
nMN≥n’Lmax=960r/min b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
(3)电动机应满足的功率 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
PMN≥T’Lmaxn’Lmax/9550=60*960/9550≈6Kw b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
选 PMN=7.5kW b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
可见，所选电动机的功率比负载实际所需功率增大了7.5倍。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
这是因为，电动机既要满足负载的最大转矩，又要满足负载的最高转速，故所需容量为 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
PMN≥T’Lmaxn’Lmax b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
而负载实际所需功率为：PL=T’Lmaxn’Lmin/9550 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
两者之比为 PMN/PL≥n’Lmax/n’Lmin=αn b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
式中αn----负载的调速范围。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
4.2电动机功率与传动比的确定 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
1）基本考虑 考虑到电动机在ƒX>ƒN时的有效转矩线也具有恒功率性质，所以应该尽量利用电动机的恒功率区来带动恒功率负载，使两者的特性比较吻合。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
2）ƒX<=2ƒN时的电动机功率 当ƒmax=2ƒN时，因为电动机的最高转速比原来增大了一倍，则传动比λ’也必增大一倍为λ’=6. b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
(1)电动机的额定转矩 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
因为λ’=2λ，所以负载转矩的折算值减小了一半： b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
TMN>=T’Lmax=30N•M b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
(2)电动机的功率 虽然贪电动机的最高转速增大了，但额定转速未变，故 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
PMN>=TMNnMN/9550=30*960/9550kW≈3Kw b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
取 PMN=3.7kW b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
可见，所需电动机容量减小了一半。 b854【中国自动化网社区】035267【http://sns.ca800.com】4f1c4
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