知己知彼配变频.docx
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知己知彼配变频
第4讲知己知彼用变频
4.1变频本领有效线
图4-1异步电动机的机械特性
4.1.1电机特性三个点
1.理想空载点电动机输出轴上的转矩为0,称为理想空载:
(0,n0)
2.起动点电动机刚接通电源,但转速仍为0时称为起动点:
(TS,0)
通常:
TS≥1.5TMN
3.临界点拐点K称为临界点:
(TK,nK)
通常:
TK≥2.0TMN
4.1.2运行要看工作点
图4-2拖动系统的运行状态与工作点
1.拖动系统的运行状态
(1)负载较轻TL1小,TM1也小,拖动系统工作在Q1点;
(2)负载较重TL2大,TM2也大,拖动系统工作在Q2点。
2.拖动系统的工作点
(1)n=nQTL=TM=TQ
(2)n=n1<nQTL减小为TL1,TM增大为TM1
TL1<TM1
拖动系统作加速运行。
直至转速上升到Q点时为止。
(3)n=n2>nQTL增大为TL2,TM减小为TM2
TL2>TM2
拖动系统作减速运行。
直至转速下降到Q点时为止。
4.1.3能力须瞧有效线
4.1.3.1有效转矩线的概念
图4-3额定工作点与有效工作点
1.额定工作点与有效工作点
图4-4kU=kƒ时的有效转矩线
2.kU=kƒ时的有效转矩线
3.有效转矩线与工作点
图4-5有效转矩线与工作点
有效转矩线是说明电动机允许工作范围的曲线,而不是说明电动机工作状态的特性曲线。
因此,不能在有效转矩线上决定工作点。
负载的运行段
图4-6负载的运行段
4.1.3.2 ƒX≤ƒN的有效转矩线
图4-7散热和有效转矩的关系
1.电动机的散热与有效转矩
2.有效转矩线的改善
图4-8有效转矩线的改善
4.1.3.3ƒX>ƒN的有效转矩线
1.ƒX>ƒN时的特点
(1)输出电压不变
U1X≡U1N=const
(2)主磁通减小
∵U∕ƒ比下降
∴主磁通Φ1也减小。
(3)允许电流不变
(4)电动机的最大输入功率基本不变
P1X=3U1NIcosφ1X≈const
2.ƒX>ƒN时的有效转矩线
图4-17ƒX>ƒN时的机械特性和有效转矩线
(a)机械特性曲线簇(b)有效转矩线
有效转矩的大小与转速成反比:
TMEX=
∝
4.2基本关系不能偏
图4-10拖动系统的功率
4.2.1能量守恒要牢记
4.2.2带动负载转矩比
图4-11带动负载比转矩
既要在高速范围内带得动负载;
又不要大马拉小车。
4.2.3 电机降速功率低
图4-12 电机降速功率低
4.2.4 违反规律有实例
图4-13甩掉减速器
(1)实例1
(2)实例2
图4-14加大工作频率来提高生产率
(3)实例3
图4-15 减小传动比来提高生产率
4.3 恒转矩传输较常见
4.3.1 传输机械最普通
图4-16恒转矩负载及其特性
运动的阻力:
F──与转速无关;
作用半径:
r──与转速无关;
负载的恒转矩:
TL=F•r──与转速无关。
∴在调速过程中,TL=const。
PL=
∝nL
4.3.2 重载变频能起动
某重灰炉(用于粉末状物料的干燥)的炉体,必须重载起动。
曾采用软起动器起动,十分困难,只能减载起动,不符合工艺要求。
如采用变频器起动,能否起动起来?
电动机数据:
PMN=250kW;nMN=1480r∕m;IMN=461A
运行电流IM=380~440A。
负载转速:
nL=6r∕m。
齿轮箱传动比:
λ=247
图4-17 重灰炉示意图
因为:
1.软起动器起动实质是降压起动,起动转矩比额定转矩低得多;
2.采用变频器后,起动转矩可达电动机额定转矩的150%~200%。
所以,采用变频器后,完全可以起动。
3.具体计算:
(1)电动机额定转矩
TMN=
=1613Nm
(2)折算到负载轴上的额定转矩
TM’=λTMN=247×1613=398400Nm
(3)电动机的最大负荷率
σ=
=95.4%
(4)负载的最大转矩
TLmax=39840×95.4%=380000Nm
4.变频器选择
选PN=250kW;IN=477A
4.3.3 范围不够找传动
图4-18有效转矩线
1.调速范围和负荷率的关系
σ=
负荷率
最高频率
最低频率
调速范围
100%
50Hz
20Hz
2.5
90%
56Hz
15Hz
3.7
80%
62Hz
11Hz
5.6
70%
70Hz
6Hz
11.6
2.满足调速范围的途径
例:
某恒转矩负载:
TL=140Nm。
nmax=720r/min;nmin=80r/min(αn=9)
原选电动机的数据:
PMN=11kW,nMN=1440r/min。
采用变频调速的计算如下:
(1)电动机额定转矩TMN=
=72.95Nm
(2)负载转矩的折算值TL’=
=70Nm
(3)电动机的负荷率 σ=
=0.96
(4)满足调速范围的思考
由表,如果负荷率为70%的话,则调频范围为
αƒ=
=11.7>αn(=9)
电动机轴上的负载转矩应限制在:
TL’≤72.95×70%=51Nm
确定传动比:
λ’≥
=2.745
选λ’=2.75
(5)功能预置要点(采用富士G11S系列变频器)
功能码
功能名称
数据码
数 据 码 含 义
F01
频率设定1
1
外接电压输入(0~+10V)
F02
运行操作
1
由外接FWD端子输入运行指令
F03
最高频率
70Hz
F04
基本频率
50Hz
F06
最高电压
380V
4.3.4 向下运料再生中
图4-19 向下传输的控制
1.工作特点
(1)被传输物体具有向下的拖动力F:
F=G·sinθ
在F的作用下,电动机的实际转速有可能超过同步转速而处于再生制动状态。
(2)为了防止停机时传输带下移,选用电磁制动电动机。
额定数据为:
PMN=55kW;IMN=102.5A
2.制动电阻的选择
(1)制动转矩选TB=TMN(IB=IMN∕2)
(2)制动电阻(向下传输时将连续处于再生状态)
IB=IMN∕2=102.5∕2=51.25A
RB=700∕51.25=13.66Ω≈14Ω
PB=7002∕14=35000W=35kW
3.变频器的选择与主要功能预置
(1)变频器的选择当应用于输煤或输送石料时,经常发生过载,故变频器的容量应加大一档,选TD3000-4T0750G变频器。
(2)主要功能预置(采用艾默生TD3000系列变频器)
功能码
功能内容
数据码
备 注
F0.02
控制方式
2
V∕F控制方式
F0.03
频率设定方式
3
输入端子UP∕DOWN控制
F0.05
运行命令选择
1
端子控制
F0.10
加速时间1
10s
F0.11
减速时间1
10s
F2.01
起动频率
5Hz
增大起动时的冲击力
F2.10
直流制动起始频率
5Hz
F2.11
直流制动电流
100%
与电动机额定电流相等
F2.10
直流制动时间
1s
F4.01
转矩提升
20.0%
根据调试情况确定
F5.01
输入端子X1功能
12
频率递增指令(UP)
F5.02
输入端子X2功能
13
频率递减指令(DOWN)
F5.03
输入端子X3功能
16
三线控制方式
F5.09
输出端子Y1功能
3
零速运行,用于控制抱闸
4.3.5 溜钩问题消无踪
1.起升机构的大致组成
图4-20起升机构的结构
2.起升机构的转矩分析
(1)电动机的转矩TM是主动转矩,方向可正可负;
(2)重力转矩TG由重物及吊钩等作用于卷筒的转矩:
TG=G·r
TG的方向永远是向下的。
(3)磨擦转矩T0方向永远与运动方向相反。
3.起升过程中电动机的工作状态
图4-21 四象限运行的特点
(1)四象限运行的特点
图4-22重物上升时的工作点
(2)重物上升
图4-23空钩下降时的工作点
(2)空钩(包括轻载)下降
图4-24重载下降时的工作点
(3)重载下降
5.变频调速系统中的防溜钩措施
图4-25 吊钩电动机的结构特点
(1)吊钩电动机的结构特点
图4-26三菱变频器的防溜钩控制
(2)防止溜钩的控制过程
相关功能
功能码
功 能 名 称
符 号
Pr.13
起动频率
fS
Pr.278
制动开启频率(低频运行频率)
fSD
Pr.279
制动开启电流(电动机已有转矩,可以开启)
IBS
Pr.280
制动开启电流检测时间
tSC
Pr.281
制动操作开始时间(结束后频率开始上升)
tSD
Pr.282
制动操作频率(抱闸开始断电的频率)
fBS
Pr.283
制动操作停止时间(抱闸完成抱紧的时间)
tBB
(3)计算转速
恒转矩区和恒功率区的分界转速,称为计算转速,用nD表示。
nD≈
在A系列龙门刨床中规定,计算速度为vD=25m∕min(最高刨削速度为vmax=90m∕min)
2.车床调速实例
某意大利产SAG型精密车床,原拖动系统采用电磁离合器配合齿轮箱进行调速,今改用变频调速。
基本数据如下:
(1)主轴转速共分八档:
75、120、200、300、500、800、1200、2000r/min;
(2)电动机额定容量2.2kW;
(3)电动机额定转速1440r∕min;
(4)电动机额定转矩 14.6N·m
(5)各档转速下的负载转矩负载的实际功率按2kW计算,则各档转速下负载转矩的计算结果如表所示。
档次
1
2
3
4
5
6
7
8
转速
75
120
200
300
500
800
1200
2000
转矩
63.7
63.7
63.7
63.7
38.2
23.9
15.9
9.55
3.变频调速的方案
(1)fX≤fN如图4-36a)所示。
(2)fX≤2fN如图4-36b)所示。
图4-34 一档传动比带车床
(3)fX≤2fN,两档传动比
图4-35两档传动比带车床
4.技术处理及功能预置
(1)传动比
低速档:
λL=5;
高速档:
λH=1.5
(3)变频器的选择
图4-36 SAG精密车床的变频控制
因为车床在车削螺纹时,要求快速起动、反转和停机,故变频器应加大一档,选用TD3000-4T0037G变频器(3.7kW)
(4)变频器的控制如图4-36所示。
(5)主要功能预置(采用TD3000系列变频器)
功能码
功能内容
数据码
备 注
F0.02
控制方式
0
开环矢量控制方式
F0.03
频率设定方式
5
外接模拟量给定
F0.05
运行命令选择
1
端子控制
F0.06
旋转方向
0
与端子控制信号一致
F0.07
最大输出频率
110
实际最大频率为104Hz
F0.10
加速时间1
1s
F0.11
减速时间1
1s
F1.01
电动机额定功率
2.2
输入电动机的额定数据
F1.02
电动机额定电压
380
F1.01
电动机额定电流
5.0
F1.01
电动机额定频率
50
F1.01
电动机额定转速
1420
F2.10
直流制动起始频率
10Hz
用于缩短停机时间
F2.11
直流制动电流
100%
与电动机额定电流相等
F2.10
直流制动时间
0.5s
F2.39
过压自处理选择
1
允许自处理
F2.40
过压设定
125%
约为570V
F2.41
过流设定1
150%
额定频率以下
F2.42
过流设定2
120%
额定频率以上
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