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变频器在各类负载中的应用

作者:tezww   2011-03-01   来源:网络   评论:0条    浏览:2040

变频器在各类负载中的应用

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1.1变频器的额定数据

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   输入:额定电压、频率、电压允许变动范围。 

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   输出:电压、频率、过载能力。

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   额定容量/kVA

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   额定输出电流/A

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   适配电动机功率/Kw

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1.2变频器的功能预置

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   常用功能:

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a:选择操作方法(‘键盘操作’或‘外接端子操作’)

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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’)

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c:预置U/f比(V/F控制下)

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d:预置加、减速时间

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   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。

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2.恒转矩负载的变频调速

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2.1 恒转矩负载的特点

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TL=const

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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。

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功率特点

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PL=TLNL/9550∝nL

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2.2恒转矩负载的低速运行与起动

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   1)低速运行

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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:

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(1)加大变频器容量

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低速长时间运行,变频器容量加一档。

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(2)加大变频器提升功能

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调试时可逐渐加大转矩提升量,直至能带动负载为止。

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(3)加大转差补偿功能

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在给定频率的基础上,增加一点与转差对应的频率。

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(4)采用采用矢量控制方式

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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。

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  2)恒转矩负载的起动

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(1)起动特点

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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

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(2)重载起动的对策

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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。

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2.3恒转矩负载的调速范围

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1.调速范围和负载率的关系

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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:

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负载率(%)

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最高频率/Hz

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最低频率/Hz

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调速范围

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2.5

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5.6

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11.6

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39.5

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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。

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2.满足调速范围的方法

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(1)尽量减小最低运行频率   具体方法有:

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1)选用变频专用电动机

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2)采取矢量控制方式

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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。

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(2)增大传动比

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以下列实例说明:

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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120Nm。

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电动机的额定功率为PN=11kW,额定转速为nN=1440r/min。

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传动装置的传动比为λ=2。

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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。

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计算如下:

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1)电动机的额定转矩:TMN=9550PMN/nMN=9550*11/1440Nm=73Nm

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2)负载转矩的折算值:TL=TL/λ=120/2Nm=60Nm

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3)电动机的负载率:σA%=TL/TMN=60/73*100%=82%α

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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)

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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)

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电动机轴上的负载转矩应限制在

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TL≤TMNσA%=73Nm*70%=51Nm

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确定传动比:

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λ≥TL/TL=120/51=2.3

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选               λ=2.5

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(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。

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电动机的转速范围

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nMmax=nLmaxλ=720*2.5=1800r/mim

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nMmin=nLminλ=80*2.5=200r/min

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额定转差率

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s=(n0-nM)/n0=(1500-1440)/1500=0.04

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工作频率范围 假设在调速过程中,转差率不变,则

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 fmax=pnMmax/60(1-s)=2*1800/60*(1-0.04)=62.5Hz<70Hz

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fmin=pnMmin/60(1-s)=2*200/60*(1-0.04)=7Hz>6Hz

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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。

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2.4恒转矩负载的功能预置要点

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1.上下限频率的预置要点

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(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:

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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。

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2)上限频率高于基本频率时,电动机的有效转矩将减小。

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(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。

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2.加、减速时间的预置要点

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(1)起、制动不频繁负载

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1)加速时间的预置,以起动电流不超过允许范围为准。

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2)减速时间的预置,以直流电压不超过允许范围为准。

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(2)频繁起、制动负载

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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。

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为避免不必要的跳闸,应:

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1) 预置加、减速的防止跳闸(防失速)功能。

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2) 接入制动电阻和制动单元。

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3.重力负载的变频调速

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3.1溜钩的防止

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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。

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(1)原拖动系统的防溜钩措施

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1)由‘停止’到‘运行’电磁制动器线圈与电动机同时通电。

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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。

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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。

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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。

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(2)变频调速系统中的防溜钩措施

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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。

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3.2发生故障时的应急措施

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(1)制动单元损坏后的应急措施

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1)制动单元损坏的原因

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   与制动电阻的阻值匹配不好而烧坏功率管;

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   制动单元内部的开关电源损坏,导致功率管也损坏。

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2)应急措施

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   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。

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   三对触头串联的原因

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   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。

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   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。

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(2)变频器跳闸时的防溜钩

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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。

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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。

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3.3桥式起重大车的控制特点

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1)大车的馈电特点

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   瞬间的接触不良时有发生。

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2)大车的拖动特点

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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)  

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4恒功率负载的特点

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4.1变频调速系统的主要问题

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实例:

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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。

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卷径最小时的负载转矩TLmin=10Nm ,卷径的最大时的负载转矩nLmax=60Nm 。负载的机械特性如图所示。

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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。 

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1) 负载侧的计算

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(1) 最高转速时的负载功率 

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PL=TLminnLmax/9550=10*960/9550kW≈1kW

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(2) 最低转速时的负载功率

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PL=TLmaxnLmin/9550=60*153/9550kW≈1kW

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可以说:在卷绕的全过程中,负载的功率基本是恒定的。

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2)电动机侧的计算

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(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

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TMN≥TLmax=60NM

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(2)电动机的额定转速必须满足负载的最高转速,即

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nMN≥nLmax=960r/min

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(3)电动机应满足的功率

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PMN≥TLmaxnLmax/9550=60*960/9550≈6Kw

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选                 PMN=7.5kW              

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 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。

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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

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PMN≥TLmaxnLmax

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而负载实际所需功率为:PL=TLmaxnLmin/9550

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两者之比为           PMN/PL≥nLmax/nLminn

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式中αn----负载的调速范围。

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4.2电动机功率与传动比的确定

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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。

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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.

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(1)电动机的额定转矩

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因为λ=2λ,所以负载转矩的折算值减小了一半:

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TMN>=TLmax=30NM

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(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

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PMN>=TMNnMN/9550=30*960/9550kW≈3Kw

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取         PMN=3.7kW

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可见,所需电动机容量减小了一半。

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