变频调速拖动系统

第7章变频调速拖动系统7.1异步电动机变频调速的原理7.1.1异步电动机变频调速工作原理磁场旋转的转速(即同步转速)n0可用下式表示：

(7-1)式中

fI——电流的频率；

p——旋转磁场的磁极对数。如果频率调节成fx，则同步转速n0x也随之调节成

(7-2)这就是变频调速的理论依据。《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.1.2三相异步电动机的机械特性机械特性是指电动机在运行时，其转速与电磁转矩之间的关系，即

n＝f(T)。

三相异步电动机的机械特性曲线如图7-1所示。

图7-1三相异步电动机的机械特性曲线《变频器原理与应用（第2版）》第7章

1．起动转矩Tst

在n=0(s=1)，T=Tst点，这点的转矩称为起动转矩Tst，也称为堵转转矩。当电动机的负载转矩大于Tst时，电动机将不能起动。

2．额定转矩TN

在n=nN(s=sN)，T=TN点，这点的转矩称为额定转矩TN。当电动机工作在额定转矩TN时，sN通常在0.02～0.06之间，转速在很小的范围内变化时，转矩即可在很大的范围内变化，即工作于额定转矩TN时，电动机具有很硬的机械特性。《变频器原理与应用（第2版）》第7章

3．最大转矩TM

在n=nL(s=sL)，T=TM点，这点的转矩称为最大转矩TM。TM的大小象征着电动机的过载能力，用过载倍数λ表示，λ＝TM／TN。在任何情况下，电动机的负载转矩都不能大于TM，否则电动机转速将急剧下降，致使电动机堵转停止，因此，这一点称为临界转速点。临界转速nL的大小决定了L点的上下位置，从而反映了机械特性的硬度。《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.1.3三相异步电动机的起动

起动时定子电流Ist也很大，一般会达到额定电流IN的4～7倍，除了小容量的三相异步电动机能直接起动外，一般要采取不同的方法起动，变频器用降低频率f1从而也降低了U1的方法来起动电动机。如图7-2所示为低频起动时电动机的机械特性曲线。图7-2低频起动时电动机的机械特性曲线《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.1.4三相异步电动机的制动电动机的制动状态是指电磁转矩T与转速n方向相反的状态。

1．直流制动电动机制动时，切断电动机的三相电源，在定子绕组中通入直流电，产生一恒定磁场，如图7-3所示。

a)直流制动的原理b)直流制动的机械特性曲线图7-3直流制动的原理与机械特性《变频器原理与应用（第2版）》第7章

2．回馈制动由于某些原因，当n＞n1时，转子切割旋转磁场的方向和电动运行状态n＜n1正好相反，转子中感应电动势和电流的方向也相反，电磁转矩T也就和n反向，为制动转矩。回馈制动是将轴上的机械能转换成电能，回馈给电源。图7-4回馈制动的机械特性曲线《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.2异步电动机的调速方式

7.2.1异步电动机的调速

1．调速与速度改变

1）调速是在负载没有改变的情况下，根据生产过程需要人为地强制性地改变拖动系统的转速。

2）速度改变速度改变是由于负载的变化而引起拖动系统的转速改变。

《变频器原理与应用（第2版）》第7章

2.调速指标

1）调速范围指电动机在额定负载时所能达到的最高转速nLmax与最低转速nLmin之比，即

(7-4)2)调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度。

3）调速特性①

静态特性主要是指调速后机械特性的硬度。工程上常用静差度δ来表示

(7-5)②

动态特性指过渡过程中的性能。《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.2.2异步电动机的调速方式1.变极调速三相异步电动机的变极调速属于有级调速，通过改变磁极对数p得到。2.变转差率调速变转差率调速一般适用于绕线型异步电动机或转差电动机。具体的实现方法很多，比如：转子串电阻的串级调速、调压调速、电磁转差离合器调速等。变频率调速《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.3对不同负载类型变频器的选择在电力拖动系统中，存在着两个主要转矩，一个是生产机械的负载转矩TL，一个是电动机的电磁转矩T。这两个转矩与转速之间的关系分别叫做负载的机械特性n＝f(TL)和电动机的机械特性n＝f(T)。由于电动机和生产机械是紧密相连的，它们的机械特性必须适当配合，才能得到良好的工作状态。《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.3.1恒转矩负载变频器的选择

1.恒转矩负载特性恒转矩负载是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速大小无关的负载。带式输送机和起重机械都是恒转矩负载的典型例子。

a)b)

图7-8恒转矩负载的机械特性和功率特性

a)机械特性b)功率特性《变频器原理与应用（第2版）》第7章

2.恒转矩负载的基本特点

1)恒转矩由于F和r都和转速的快慢无关，所以在调节转速nL的过程中负载的阻转矩TL保持不变，即具有恒转矩的特点：

TL＝常数

2)负载功率与转速成正比根据负载的机械功率PL和转矩TL、转速nL之间的关系，有：

(7-12)3.恒转矩负载下变频器的选择

1）依据调速范围。

2）依据负载转矩的变动范围。

3）考虑负载对机械特性的要求。《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.3.2恒功率负载变频器的选择

恒功率负载是指负载转矩TL的大小与转速n成反比，而其功率基本维持不变的负载。恒功率调速的两成含义：（1）恒功率的转矩-转矩特性指的是负载在速度变化时需要电动机提供的功率为恒定，比如

1）运输机械在运输重载时速度慢，轻载时速度快。无论是高速还是低速，所需动力不变.

（2）电动机具有输出恒功率能力。当电动机电压随频率增加时的情况。

总结：异步电动机变压变频调速时，通常在基频以下采用恒转矩调速，基频以上时采用恒功率调速。

《变频器原理与应用（第2版）》第7章7.3.2恒功率负载变频器的选择

a）机械特性b)功率特性图7-10恒功率负载的机械特性和功率特性《变频器原理与应用（第2版）》第7章恒功义率负府载的桐特点（1）功么率恒束定恒功扭率负看载的炸力F必须碗保持床恒定脉，且营线速嫂度v保持户恒定危。所顾以，帅在不桥同的蜓转速洪下，营负载页的功斯率基件本恒炉定：PL=F布v＝常屿数（2）负违载阻絮转矩容的大满小与婚转速菊成反岩比负载没阻转更矩的捎大小脉决定面于：TL=F煎r(7夫-1度3)式中F——卷取朝物的剥张力炊；r——卷取童物的树卷取宇半径卖。根据寇负载塑的机灵械功疯率PL和转持矩PL、转璃速nL之间幕的关彼系，止有：(7者-1追4)即，进负载耗阻转印矩的吵大小苦与转套速成们反比修。《变冻频器根原理帆与应晶用（返第2棍版）妇》第氧7章2.恒功方率负上载变寨频器袭的选乎择对恒烟功率码负载呜，一江般可税选择愚通用锦型的香，采现用V/f控制过方式猾的变抚频器看。但医对于爱动态史性能养有较折高要箩求的遇卷取刮机械非，则听必须法采用奔具有姑矢量薯控制赛功能杆的变驴频器管。《变捐频器胜原理妈与应拦用（翻第2珠版）拆》第评7章7.斩3.盒3二次辩方律锅负载纤变频胖器的袖选择二次正方律遍负载辛是指祖转矩寨与速岔度的拳二次割方成柱正比墨例变气化的脑负载猫，例泄如：路风扇温、风花机、唐泵、未螺旋飞桨等殃机械泪的负掘载转吧矩，槽机械币特性品和功纷率特事性如屡图7-漏12所示爬。a)机械谁特性b)功率学特性图7-津12二次卫方律侦负载玩的特岗性《变脾频器慰原理愁与应益用（女第2薪版）信》第料7章1.二次耽方律与负载观的特裙点二次员方律争负载姑机械检在低学速时内由于誉流体扑的流晕速低沸，所灶以负测载转胶矩很症小，灭随着纽奉电动会机转勾速的帝增加解，流没速增标快，渠负载秆转矩键和功动率也句越来涛越大聪，负不载转绸矩TL和功抹率PL可用车下式斤表示窄：(7父-1神5)(7犁-1马6)式中T0、P0——分别屿为电宏动机菊轴上滴的转梳矩损立耗和肆功率畜损耗容；KT、KP——分别保为二厌次方认律负职载的陡转矩晋常数女和功牧率常故数《变熄频器竭原理残与应旗用（饺第2陵版）雅》第视7章2.二次剩方律达负载诵变频链器的甲选择可以岛选用稍“风婶机、晓水泵央用变冤频器踩”。问这是医因为午：1)风机死和水尺泵一乌般不洋容易耐过载夹，所巩以，吹这类惊变频馋器的愁过载德能力亦较低题。为12畅0％，1m胃in势(通用望变频著器为15拉0％，1m照in例)。因朗此在症进行寺功能慕预置借时必闭须注烛意。滋由于厘负载渠转矩汤与转服速的荐平方悼成正极比，雨当工炕作频鬼率高半于额趟定频唤率时架，负贡载的文转矩艘有可楚能大拣大超知过变夕频器营额定倍转矩龟，使杜电动垫机过害载。傻所以斯，其伏最高纪工作粱频率尽不得秤超过渐额定堂频率逢。2)配置复了进冈行多厚台控升制的些切换朝功能译。3)配置敲了一常些其跨他专门用的似控制园功能相，如所“睡育眠”蹲与“联唤醒腰”功我能、PI狭D调节大功能群。《变沉频器申原理初与应坏用（笑第2输版）城》第嗽7章7.南3.翠4直线唇律负线载变辛频器财的选帜择轧钢喉机和骆辗压仰机等算都是秃直线岛负载殃。1.直线爷律负级载及虹其特萌性(1肤)转矩惭特点钉。负恩载阻禽转矩TL与转泡速nL成正腰比：(7拢-1躁7)(2燃)功率觉特点源。负吸载的催功率PL与转巷速nL的二厨次方泉成正纷比。（7-座18）式中疗，会和——直线完律负宪载的锈转矩那常数打和功抹率常次数。《变酬频器束原理辽与应许用（苍第2阻版）乐》第帐7章其机播械特搏性曲首线如胖图7-虚13所示胃。a)辗压皱机示仇意图b)机械坛特性c)功率宿特性图7-辛13直线聚律负额载及饺其特圆性《变剥频器钩原理劳与应揉用（柜第2叹版）台》第完7章2．变东频器展的选棒择直线不律负始载的索机械著特性踢虽然旷也有设典型捉意义需．但秒在考朴虑变圈频器静时的坏基本溜要点疮与二活次方廊律负普载相毕同，额故不镇作为垂典型鼻负载吹来讨冤论。《变燃频器传原理鞠与应孔用（挡第2曲版）晴》第优7章7.颤3.源5特殊滤性负翠载变暗频器潮的选及择大部礼分金恨属切列削机袋床属毁于混粘合特挥殊性围负载遗。1．混琴合特劫殊性辫负载芦及其耕特性金属倒切削汗机床滤中的经低速蒙段，泽由于浓工件密的最计大加舌工半纯径和蜜允许映的最破大切佩削力破相同辆，故束具有尘恒转溜矩性岔质；较而在莫高速诊段，稳由于变受到团机械分强度型的限刷制，岛将保凡持切列削功浩率不毙变，宵属于槐恒功雅率性朴质。《变拘频器牺原理埋与应户用（伯第2弟版）悦》第陡7章特殊漆性负爆载机械炭特性技和功承率特涌性则点如图7-踪蝶14所示锐。a)机械党特性b)功率株特性图7-棚14混合恰负载础的机避械特移性和异功能仗特性《变拣频器盏原理遵与应钟用（朽第2猛版）味》第朝7章2．变划频器塞的选狱择金属闪切削槐机床盏除了阁在切辰削加菌工毛免坯时是，负稠载大迁小有周较大细变化哑外，加其他鲁切削皂加工泽过程康中，拖负载婚的变席化通抛常是搅很小午的。妄就切纪削精字度而爷言，海选择V／f控制崇方式梁