一、学习目标 二、问题的提出 一、变频调速系统设计的基本要求 二、变频调速系统中电动机的有效转矩线和有效功率线 一、恒转矩负载的基本特点 二、系统设计的主要问题 三、电动机和变频器的选择 一、恒功率负载的基本特点 二、系统设计的主要问题 三、电动机和变频器的选择,一、二次方律负载的基本特点 二、系统设计的主要问题 三、电动机与变频器的选择 一、了解设计变频调速系统的基本要点 二、掌握各类负载变频调速系统的设计要点,一、学习目标,1.了解变频调速拖动系统设计的基本要求。 2.掌握有效转矩线、有效功率线在变频调速拖动系统设计中的作用。 3.掌握恒转矩负载变频调速系统设计的要点。 4.掌握恒功率负载变频调速系统设计的要点。 5.掌握二次方率负载变频调速系统设计的要点。,二、问题的提出,一、变频调速系统设计的基本要求,(一)在机械特性方面的要求 (二)在运行可靠性方面的要求 (三)设计拖动系统的主要内容,(一)在机械特性方面的要求,1.对调速范围的要求,1)负载的机械特性。 2)电动机在变频调速后的有效转矩线。 2.对机械特性“硬度”的要求 3.对加、减速过程及动态响应的要求 1)负载对起动转矩的要求。 2)负载对制动过程的要求。 3)负载对动态响应的要求。,(二)在运行可靠性方面的要求,1.对于过载能力的要求 2.对机械振动和寿命的要求 1)避免机械谐振的问题； 2)高速(超过额定转速)时，机械的振动以及各部分轴承及传动机构的磨损问题等。,(三)设计拖动系统的主要内容,1)选择电动机的类型、容量及磁极对数等。 2)选择变频器的类型、容量及型号等。 3 )选择拖动系统运行的相关参数，如升速与降速的时间和方式等。 4)确定电动机与负载之间的传动比。 5)设计主电路，并确定外围选配件的主要规格。 6)设计控制电路，并选定外围所需要的选配件。,二、变频调速系统中电动机的有效转矩线和有效功率线,(一)有效转矩线 (二)有效功率线,(一)有效转矩线,1)有效转矩和有效转矩线：电动机在某一转速(频率)下能够长期、安全、稳定地输出的最大电磁转矩，称为有效转矩，用TMEX表示。 2)fxfN时的有效转矩线：在fxfN的范围内得到的有效转矩线如图10-1a所示，如果给予一定的补偿，并强制通风，其有效转矩线可变为图10-1b所示曲线，具有是恒转矩特征。,图10-1 全频范围的有效转矩线,(一)有效转矩线,3)fxfN时的有效转矩线：fxfN时的有效转矩线具有恒功率的特性。,图10-2 负载的运行段,(一)有效转矩线,4)有效转矩线包围负载机械特性曲线：要使拖动系统在全调速范围内都能正常运行，必须使有效转矩线把负载机械特性曲线的运行段包围在内。,(二)有效功率线,1.有效功率,2.有效功率线,(二)有效功率线,图10-3 有效转矩线和有效功率线,一、恒转矩负载的基本特点,1.转矩特点 2.功率特点,一、恒转矩负载的基本特点,一、恒转矩负载的基本特点,图10-4 恒转矩负载及其特性,1.转矩特点,2.功率特点,二、系统设计的主要问题,(一)工作频率范围 (二)调速范围与传动比 (三)传动比的选择举例,二、系统设计的主要问题,图10-5 有效转矩线举例,二、系统设计的主要问题,二、系统设计的主要问题,(一)工作频率范围,1.最低工作频率,表10-1 各种控制方式的最低工作频率,2.最高工作频率,(二)调速范围与传动比,1.调速范围和负荷率的关系,表10-2 不同负荷率时的转速范围表,2.负荷率与传动比的关系 3.调速范围与传动比的关系 1)当电动机轴上的负荷率为100%时，允许的调速范围是比较小的。 2)在负载转矩不变的前提下，传动比越大，则电动机轴上的负荷率越小，调速范围(频率调节范围)越大。,(三)传动比的选择举例,(三)传动比的选择举例,图10-6 负荷率为0.96时的情形,解：,(三)传动比的选择举例,1.计算负荷率 1)电动机的额定转矩。,2)电动机满载时的负荷率。,2.核实允许的变频范围,3.选择传动比 1)由图10-5知，如果负荷率为70%，则允许频率范围为670Hz，调频范围为,(三)传动比的选择举例,2)电动机轴上的负载转矩应限制在下列范围内：,3)确定传动比：,(三)传动比的选择举例,4.校核 1)电动机的转速范围。,(三)传动比的选择举例,图10-7 负荷率为0.7时的情形,2)工作频率范围。,(三)传动比的选择举例,三、电动机和变频器的选择,(一)电动机的选择 (二)变频器的选择,(一)电动机的选择,1.可供选择的方法 1)原有电动机不变，增大传动比，如上例所述。 2)原有电动机不变，增加外部通风，并采用带转速反馈的矢量控制方式。 3)选择同容量的变频调速专用电动机，并采用带转速反馈的矢量控制方式。 4)采用普通电动机，不增加外部通风，也不采用带转速反馈的矢量控制方式，而是增大电动机容量。,2.选择原则 1)如果属于旧设备改造，则应尽量不改变原有电动机。,(一)电动机的选择,2)如果是设计新设备，则应尽量考虑选用变频调速专用电动机，以增加运行的稳定性和可靠性。 3)如果在增大传动比以后，电动机的工作频率过高，则可考虑采取增大电动机容量的方法。 3.电动机最高工作频率的确定 1)2p4的普通电动机。,2)2=2的普通电动机。,(一)电动机的选择,(二)变频器的选择,1.容量的选择 1)对于长期恒定负载。 2)对于长期变化负载、断续负载和短时负载。,2.类型及控制方式的选择 1)调速范围。 2)负载转矩的变动范围。 3)负载对机械特性的要求。,一、恒功率负载的基本特点,1.功率特点 2.转矩特点,1.功率特点,1.功率特点,图10-8 恒功率负载及其特性,2.转矩特点,二、系统设计的主要问题,(一)实例 (二)减小容量的对策,(一)实例,图10-9 电动机拖动恒功率负载,解：,(一)实例,1.最高转速时的负载功率,2.最低转速时的负载功率,(一)实例,3.所需电动机的容量,(一)实例,(一)实例,(二)减小容量的对策,1.基本考虑 2.频率范围扩展至fx2fN时的系统容量 1)电动机的额定转矩。,(二)减小容量的对策,图10-10 两挡传动比 带恒功率负载,(二)减小容量的对策,2)电动机的额定转速，仍为960r/min。 3)电动机的容量：,3.fx 2fN (1)分挡方法 1)低速挡。 2)高速挡。,(二)减小容量的对策,表10-3 工作频率、电动机转速和负载转速之间的关系,(2)分界速(nLmid)的计算,(二)减小容量的对策,三、电动机和变频器的选择,1.电动机的容量 2.电动机的类别 3.变频器的容量和类别,一、二次方律负载的基本特点,一、二次方律负载的基本特点,图10-11 二次方律负载及其特性,二、系统设计的主要问题,1.节能效果与U/f曲线的关系 2.节能效果与变频器台数的关系,1.节能效果与U/f曲线的关系,图10-12 电动机的有效转矩线与低减U/f比,1)U/f比选用曲线01。,1.节能效果与U/f曲线的关系,2)适当加大起动频率。,三、电动机与变频器的选择,1.电动机的选择 2.变频器的选择,2.变频器的选择,1)过载能力较低。 2)配置了进行多台控制的切换功能。 3)配置了一些其他专用于水泵控制的功能。,一、了解设计变频调速系统的基本要点,1.在额定频率以下 2.在额定频率以上,1.在额定频率以下,1)如果采用有反馈的矢量控制方式，并且通风良好的话，可以实现完全的恒转矩调速。 2)如果采用其他控制方式，并且外部没有强迫通风的话，则低频段的有效转矩将有所减小。,二、掌握各类负载变频调速系统的设计要点,1.所谓恒转矩负载，是指当转速改变时，负载的阻转矩基本不变的负载。 2.所谓恒功率负载，是指当转速改变时，负载的功率基本不变，其机械特性呈抛物线形。 3.所谓二次方律负载，是指阻转矩的大小和转速二次方成正比的负载，典型例子是风机和水泵。 1.试分析起重机械的负载性质。 2.某恒转矩负载，最高转速为1000r/min，要求调速范围n=8，试为该拖动系统选择电动机和变频器的容量，并确定传动比。 3.某卷取机械，要求被卷物的线速度为150m/min，张力为5N。,二、掌握各类负载变频调速系统的设计要点,4.某水泵向水塔泵水，电动机容量为5.5kW，泵水时的负荷率为90%。,2.所谓恒功率负载，是指当转速改变时，负载的功率基本不变，其机械特性呈抛物线形。,解决好这个问题的关键是把工作频率提高到额定频率以上，使电动机的有效转矩线尽量靠近负载的机械特性曲线。,