项目6任务一：变频调速系统设计方法及电动机的选择

任务一变频调速系统设计方法及电动机的选择

知识与能力目标变频调速系统的设计方法

1异步电动机的选择方法

2345负载功率的计算方法

2变频调速系统的设计方法

对于动态、静态指标要求比较高的控制系统，在变频调速设计时，要求经常利用速度反馈、电流反馈、电压反馈、张力反馈、位置反馈等，通过利用反馈组成一个控制策略优良的自调系统来改善系统的性能。

对于动态、静态指标要求不高的生产工艺系统，在变频调速控制系统中也有电流反馈、位置反馈等。但是这些反馈一般都是开关量的，因此这些开关量通常用于变频调速控制系统的保护。变频调速系统的设计方法

对于控制对象具有多变量、变参数、非线性的控制系统，常规的PID调节器已解决不了，人们开始把智能控制引入到变频调速控制系统中。智能控制可以不需要精确的数学模型，仿照人的智能，根据系统误差及其变化率来决定控制器的输出，并自动调整控制器。

无论是选用智能控制器还是选用传统的控制器，在设计变频调速控制系统时都需要建立系统当前状态、误差与控制量之间的关系，都具有类似的设计过程。变频调速系统的设计方法

变频调速控制系统的基本设计步骤

（1）了解生产工艺对转速变化的要求，分析影响转速变化的因素，根据自动控制系统的形成理论建立调速控制系统的原理框图。（2）了解生产工艺的操作过程，根据电气控制电路的设计方法建立调速控制系统的电气控制原理框图。（3）根据负载情况和生产工艺的要求选择电动机、变频器及其外围设备。如果是闭环控制，最好选用能够四象限运行的通用变频器。变频调速系统的设计方法

（4）根据掌握被控对象数学模型的情况，决定是选择常规PID调节器还是选择智能调节器。如果被控对象的数学模型不清楚，又想知道被控对象的数学模型，若条件允许，可用动态信号测试仪实测数学模型。对被控对象的数学模型无严格要求的调节器，应属于非常规PID调节器。（5）购置基本设备：通用变频器、反馈元件、PLC、调节器和电动机。如果所设计的工程项目属于旧设备改造项目，电动机就不需要重新购置。（6）根据实际购置的设备，绘制调速控制系统的电气控制电路原理图，编制控制系统的程序，修改调速控制系统的原理框图。变频调速系统的设计方法

影响变频调速控制系统性能的因素

（1）同样是一个开环调速系统，所选择的通用变频器的型号不同，变频调速控制系统的性能优良程度也不一定相同。即使选择相同的通用变频器型号，变频器的参数设置不同，其性能优良程度也不会相同。（2）同样是一个闭环变频调速控制系统，所放置的反馈元件位置不同，系统的性能优良程度相差十分明显。即使反馈元件的放置位置相同，反馈元件的型号、质量不同，由抑制定理可知，其性能优良程度也不会相同。所以，反馈信号的真实程度及质量决定着一个闭环变频调速系统的成败。变频调速系统的设计方法

（3）调节器的控制算法、参数设置不同，变频调速控制系统的性能优良程度相差比较大。因此，设计选择一套控制算法合理、简单、可靠、调试方便和控制精度高的调节器是用户必须特别注意的问题。（4）两个完全一样的变频调速控制系统，如果安装环境不同，可能效果完全不同。特别是输出电缆布置不合理，不但影响变频调速控制系统性能，还会损坏开关管和驱动电路。（5）对于开环调速系统，除变频器优良程度影响系统的性能外，电动机固有特性的硬度、安装质量也严重影响变频器调速控制系统的性能。变频调速系统的设计方法

设计闭环调速控制系统的注意事项

（1）调节器的控制参数大范围可调。（2）转速反馈元件采用光电转速传感器。这种传感器体积小，精度高，易于和被测轴实现软轴连接，对同心度的要求不高，便于安装。另外，其脉冲信号便于传送，有利于提高系统的抗干扰能力。一般光电传感器的外接引线有三根：电源线、地线和脉冲输出线。（3）电机、反馈元件和变频器之间连接。若电动机、测速发动机或传感器安装在同一个金属底座上，应选择带有漏电保护措施的变频器，或另外增加漏电保护措施。异步电动机的选择方法电动机选择电动机类型

结构形式

额定转速额定功率

其中主要的是电动机额定功率的选择

？电动机类型选择电动机类型选择的基本原则是：在满足工作机械对于拖动系统要求的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。

对起动性能无过高要求的调速系统应优先考虑使用笼型交流异步电动机。

某些工作机械如桥式起重机、电梯、锻压机等，工作中起动、制动比较频繁，为提高生产率又要求电动机具有较大的起动、制动转矩以缩短起动、制动时间，同时还有一定的调速要求。对于这类工作机械，可考虑选用绕线式异步电动机。异步电动机的选择方法电压等级及转速的选择

交流电动机电压等级的选择：一般中小功率交流电动机额定电压选380V，大功率交流电动机额定电压选3KV或6KV。额定功率相同的电动机，额定转速越高，其体积越小，重量越轻，价格也越低。因此，工作于长期工作制的工作机械，原则上应选用额定转速较高的电动机。但额定转速高必然导致传动机构的复杂化，实际选用时应作全面权衡。对于经常工作于起动、制动状态的电动机，应考虑额定转速对起动、制动时间和起动、制动过程中能量损耗的影响。可以证明，从缩短起动、制动时间和减小起动、制动过程中能量损耗的角度考虑，应选用GD2与额定转速nN乘积最小的电动机。异步电动机的选择方法异步电动机的选择方法开启式。适用于干燥、清洁的工作环境。防护式。适用于比较干燥、灰尘不多且无腐蚀性及爆炸性气体的场所。封闭式。适用于在液体中工作的机械，如点动潜水泵、深水泵等。

防爆式。适用于有易燃、易爆气体的场所，如油库、煤气站及矿井等。电动机结构形式的选择电动机容量的选择

基本原则是：能带动负载，在生产工艺所要求的各个转速点长期运行不过热，在旧设备改造时，要尽可能地留用原设备的电动机。

选择电动机容量时应考虑如下几点：

电动机容量、起动转矩必须大于负载所需要的功率和起动转矩；电源电压下降10%～15%的情况下，转矩仍能满足起动或运行中的需要；温升必须在绝缘所限制的范围以内；如果电动机每次在最低频率时连续工作的时间不长，则可留用原有电动机；如果在最低频率时连续运行的时间较长，则电动机的容量应提高一挡。异步电动机的选择方法电动机磁极对数的选择

异步电动机的选择方法

电动机的磁极对数一般由生产工艺决定，不易随意选择