電機與變頻器演示文稿

電機與變頻器演示文稿本文檔共33頁；當前第1頁；編輯于星期二\16點36分電機與變頻器本文檔共33頁；當前第2頁；編輯于星期二\16點36分培訓目的 讓大家懂得電動機和變頻原理有助于我們變頻器業(yè)務的快速增長。本文檔共33頁；當前第3頁；編輯于星期二\16點36分異步電動機原理

本文檔共33頁；當前第4頁；編輯于星期二\16點36分異步電動機結構二部分組成定子固定不動部分，固定在電動機的機座上；由定子鐵心和繞組組成，鐵心由沖有線槽的矽鋼片疊壓而成，而繞組均勻地分布在鐵心的槽內；轉子旋轉部分，固定在旋轉軸上有鼠籠式和繞線式兩類轉子；由轉子鐵心和導體或繞組組成，鼠籠式轉子采用鑄鋁澆注而成，繞線式則由漆包繞組和滑環(huán)形成。接線盒外殼定子及繞組轉子絕緣本文檔共33頁；當前第5頁；編輯于星期二\16點36分磁場的建立定子三相繞組通過三相對稱交流電時，在定子上產(chǎn)生旋轉磁場旋轉磁場的速度，稱為同步速度；n=60f/p其中，f為交流電源頻率，P為電機極對數(shù)磁場的幅值大小與流過定子的磁場電流成正比SN本文檔共33頁；當前第6頁；編輯于星期二\16點36分轉子感應電流和轉矩產(chǎn)生的條件轉子導體切割磁力線，產(chǎn)生感應電勢，由于導體兩側的短路環(huán)，形成了感應電流（右手定律）通電的轉子導體切割磁力線，產(chǎn)生電磁力，從而形成力矩（左手定律）值得注意的是，產(chǎn)生轉矩的必需條件包括轉子與定子的旋轉磁場一定要有相對運動，也就是要有一定的異步滑差當轉速達到同步轉速時，輸出的力矩為零導體在磁場中受力情況——左手定律本文檔共33頁；當前第7頁；編輯于星期二\16點36分轉子電流和滑差轉子電流的頻率與轉子切割定子磁場的相對速度有關轉子的速度與定子的極數(shù)和頻率有關例如：定子電流頻率50Hz，轉子的速度有可能為1500rpm或3000rpm，取決于定子的極數(shù)為4極或2極滑差——定子頻率與轉子實際速度之差如果定子磁場速度為1500rpm，而轉子實際速度為1460rpm，所以存在著40rpm的滑差，也可以百分比表示，即2.7%。轉子達到同步速時，滑差為0；轉子堵轉時，滑差為1。本文檔共33頁；當前第8頁；編輯于星期二\16點36分轉矩與定子極對數(shù)定子極數(shù)較為常用的有2，4，6，8等，其中4極最為普遍。下表為每相極數(shù)與單位功率產(chǎn)生的轉矩關系本文檔共33頁；當前第9頁；編輯于星期二\16點36分電動機加速過程定子通電轉子轉動前，滑差為1，導體與定子磁場相對速度最大，轉子感應電勢很高，產(chǎn)生很大的啟動電流，轉子磁場也很高；（A點）轉子從靜止不斷加速，滑差減少，相應轉子電勢和電流也隨之降低；（B-C-D-E）當接近同步速時，轉子導體切割較少的磁力線，感應磁場也較弱；轉子的速度根據(jù)需要多大相對滑差保證一定的磁場切割來維持轉子不停地轉動；ABCDEF滿負荷本文檔共33頁；當前第10頁；編輯于星期二\16點36分高頻轉子電流對電動機性能影響轉子也存在電阻和電感在零速時，由于電感引起的電抗在轉子總的阻抗的80%左右，引起轉子電流滯后轉子電壓近70-80度，造成轉子磁場漂移，對定子磁場產(chǎn)生去磁作用定子磁場減弱，產(chǎn)生反電勢降低，定子電流上升，磁場不斷加強，產(chǎn)生足夠的加速力矩轉子開始旋轉，定子電流也隨之降低本文檔共33頁；當前第11頁；編輯于星期二\16點36分轉矩特性電動機轉矩可用下列表達式表示T = KtIrcosKt——電動機轉矩常數(shù)——勵磁磁通Ir——轉子電流cos——轉子電流相位移本文檔共33頁；當前第12頁；編輯于星期二\16點36分電動機損耗由于定轉子之間存在一定的氣隙，定子必須提供額外電流增加磁通密度，造成空載電流接近40%額定電流；氣隙在電動機設計時盡可能小，但存在機加工等問題，因此，空載氣隙損耗無法避免對自冷電動機，轉子提供一部分力矩用來克服轉軸的摩察和自冷風扇的阻力；鐵心的磁滯和渦流損耗繞組的銅損（I2R）本文檔共33頁；當前第13頁；編輯于星期二\16點36分電壓對電動機性能的影響轉矩由定子磁通和轉子電流所決定，轉子電流是由于轉子感應電壓引起，感應電壓直接與定子磁通密度成正比定子磁通與定子電流成正比（假設磁路尚未飽和），因此，如果所加電壓的頻率保持恒定，定子電流和磁通的上升和下降直接與所加的電壓有關轉矩與電壓的關系如下：T=KtUT——電動機轉矩Kt——轉矩常數(shù)U——所加的電壓2本文檔共33頁；當前第14頁；編輯于星期二\16點36分電壓降低對電動機性能的影響啟動力矩不夠——如果電動機和負載匹配很接近，萬一啟動時電壓有10%的壓降，都有可能導致無法啟動；速度波動——壓降導致電動機速度隨之降低而降低；速度精度無法保證——長時間的壓降導致電動機無法達到銘牌上規(guī)定的額定速度；輸出最大轉矩降低——10%的壓降導致峰值轉矩降低19%，如果應用中要求能夠承受短時間的負載沖擊，就有可能出現(xiàn)堵轉現(xiàn)象；電流增加——導致電動機過熱，影響電動機的絕緣壽命；本文檔共33頁；當前第15頁；編輯于星期二\16點36分降壓啟動電壓變化的影響也可當作優(yōu)點來使用，在啟動過程中，用來限制啟動電流，調節(jié)啟動轉矩，四種常用的降壓啟動方法：自耦降壓變壓器星三角啟動分布繞組啟動電子軟啟動器幾種不同啟動方法得到的電動機特性如表所示：本文檔共33頁；當前第16頁；編輯于星期二\16點36分頻率變化對電動機性能的影響制造廠商常規(guī)定電動機的頻率變化容許范圍5%；假設電動機的電壓保持恒定：頻率增加5%，同步速增加5%，但轉矩降低10%；可理解為阻抗對電動機電流的影響定子阻抗Z由電阻R和感抗2f組成，而定子電流I=U/Z；由于電阻較小，可忽略不計，為了簡化起見，電流可等效為：IU/f本文檔共33頁；當前第17頁；編輯于星期二\16點36分電動機和變頻變壓（VVVF）驅動由于定子電流與頻率成反比，假設電壓恒定，而頻率變化，就有可能產(chǎn)生以下問題：當頻率從50Hz降到25Hz，定子電流將是成倍增加，造成電動機過熱；當頻率從50Hz升到100Hz，電流減半，而轉矩也相應減少，造成出力不夠如果在改變頻率的同時，改變電壓，就可維持適當?shù)碾娏骱娃D矩；壓頻比——電源電壓與頻率的比率壓頻比一般由電動機的銘牌數(shù)據(jù)所決定，如380V，50Hz，壓頻比為380/50，即7.6V/Hz本文檔共33頁；當前第18頁；編輯于星期二\16點36分低頻轉矩特性轉矩（%）頻率（Hz）502515550100150200從右圖可以看出，在15Hz到50Hz，恒定壓比可保證一定力矩，低于15Hz，并不能產(chǎn)生足夠的力矩；主要原因是低頻時，阻抗中的電阻占了很大的比重，造成一定的壓降；解決低頻出力問題，可通過電壓提升，補償由于電阻引起的壓降，即IR補償；電壓頻率電壓提升本文檔共33頁；當前第19頁；編輯于星期二\16點36分變頻調速優(yōu)點變頻啟動可解決直接啟動引起的問題：6-8倍的啟動電流，造成電動機過熱加速過程不可控造成的電網(wǎng)電壓波動引起機械的沖擊當采用變頻驅動時，變頻器可以遠離電動機安裝，而直接啟動，由于啟動電流造成的線路壓降，不允許遠距離安裝；變頻調速可通過速度反饋，使速度精度提高到0.01%；本文檔共33頁；當前第20頁；編輯于星期二\16點36分基頻以上的運行電動機可以基頻以上運行，取決于電壓極限值和電動機本身的動平衡和軸承的承受能力；一般4極電動機運行到基頻以上的125%頻率運行時，也就達到它的平衡極限值，如50Hz基頻，112.5Hz是它的極限值；通常，假設要求運行電動機超出基頻25%，就要向電動機制造廠家聯(lián)系；本文檔共33頁；當前第21頁；編輯于星期二\16點36分恒壓運行——基頻以上變頻輸出電壓最大不超出輸入電壓，對380V，50Hz電源來說，變頻器輸出在50Hz以上，電壓保持380V不變，基頻以上運行為恒電壓運行；基頻以上的壓頻比不再保持恒定，相應力矩隨頻率增加而減少， 基頻以上的轉矩與速度的平方成反比；1/N2轉矩速度100%0基頻本文檔共33頁；當前第22頁；編輯于星期二\16點36分恒功率輸出——基頻以上許多機器應用要求恒功率輸出，隨速度增加，轉矩要求與速度成反比，即1/N，而不是與速度的平方（N）成反比；注意到，在基頻兩倍左右，電動機的轉矩高于負載轉矩，此后，就要小于負載轉矩，引起電動機堵轉。在恒電壓運行模式下，恒功率輸出范圍一般只能到基頻的1.5倍。超出1.5倍，電動機放大使用。21/N1/N2200100額定轉矩的%電動機峰值轉矩恒功率負載50Hz120100電動機放大本文檔共33頁；當前第23頁；編輯于星期二\16點36分恒轉矩輸出和調速范圍從右圖可以看出，100%力矩可運行到1.25倍的速度，仍保持25%過載倍數(shù)?；僖陨项~定電流轉矩隨峰值轉矩降低而減少，要保持額定力矩輸出，電動機就要增加電流，造成電動機過熱，有時只好電動機放大功率。11.251.52轉矩基速峰值轉矩額定電流轉矩25%舉例：傳送帶，工藝上要求在整個速度范圍內提供恒轉矩輸出，有時為了提高產(chǎn)量，希望電動機能夠基頻以上運行；本文檔共33頁；當前第24頁；編輯于星期二\16點36分恒轉矩輸出范圍 恒壓控制模式提供的恒轉矩范圍一般在1.25:1，或1.5:1（電動機放大），原因是電動機并沒真正運行在恒轉矩模式，壓頻比隨速度變化而改變。要想實現(xiàn)真正的恒轉矩控制，有以下途徑：重新繞制電動機定子繞組安裝升壓變壓器用380V變頻器驅動230V電動機變頻器升壓變壓器電動機380V50Hz本文檔共33頁；當前第25頁；編輯于星期二\16點36分發(fā)電機狀態(tài)當電動機被外力拖動超出同步速度，電動機產(chǎn)生的反電勢大于輸入的電源電壓時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的電力與輸入的電源電壓和頻率相同，大小取決于所加電壓與反電勢之差。轉矩AB速度11.25+_I本文檔共33頁；當前第26頁；編輯于星期二\16點36分矢量控制概念它勵直流電動機能夠獨立控制異步電動機的磁場分量和轉矩分量，以便得到精確的轉矩和電源輸出控制。與直流電動機控制相類似，且控制性能與直流電動機相媲美。本文檔共33頁；當前第27頁；編輯于星期二\16點36分矢量控制的理解調節(jié)器，邏輯控制回路和整流橋觸發(fā)電路電樞回路磁場回路電樞磁場轉矩電流磁場電流直流驅動3相交流輸入調節(jié)器，邏輯控制回路和整流橋觸發(fā)電路逆變器定子繞組磁場和轉矩電流交流驅動3相交流輸入本文檔共33頁；當前第28頁；編輯于星期二\16點36分為什么要采用矢量控制轉矩控制精確的速度控制更寬的運行速度范圍動態(tài)響應高的啟動力矩要求類似于直流控制的性能和調速比本文檔共33頁；當前第29頁；編輯于星期二\16點36分旋轉參考坐標本文檔共33頁；當前第30頁；編輯于星期二\16點36分矢量控制算法本文檔共33頁；當前第31頁；編輯于星期二\16點36分速度精度的概念從空載到滿負荷的速度變化率，通常以百分比來表示