变频调速拖动系统的构建

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1、第五章变频调速拖动系统的构建[教学目的与要求]：了解构建变频调速拖动系统的基本要求掌握不同负载类型的变频调速拖动系统的构建方法。[本章重点]：1．构建变频调速拖动系统的基本要求2．根据负载性质构建变频调速拖动系统的方法第一节PWM逆变器的基本工作原理及其发展趋向5.1变频调速拖动系统的组成主要任务----根据控制对象(负载)特性来选择：①选择电动机的类型、功率、转速等；②选择变频器的类型、容量、型号等；③决定电动机与负载之间的传动比；④选定变频器外围所需要的配件。5.2构建变频调速拖动系统的基本要求基本要求：①负载的机械特性。确定异步电动机在实施了变频调速后，在整个频率范围内者能否带动

2、负载，能否长时间地运行。②电动机在变频调速后的有效转矩线。5.2.1在机械特性方面的要求1．对调速范围的要求任何调速装置的首要任务，就是必须满足负载对调速范围的要求。2．对机械特性“硬度”的要求3．对升、降速过程及动态响应的要求(1)升速---负载对启动转矩的要求(2)降速---负载对制动过程的要求----是否需要制动电阻，以及需要多大的制动电阻----经常处于再生制动经常状态的负载(如起重机)是否采用电能反馈（向电网反馈能量）4．负载对动态响应的要求----是否需要高性能的变频器无传感器（无转速反馈）的矢量控制方式具有转速反馈环节的矢量控制方式直接转矩控制5.2.2在运行可靠性方面的

3、要求1．过载能力---过载倍数及持续时间----电机的过载能力----变频器的过载能力2．机械振动和寿命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的磨损问题等。5.3变频调速时电动机的有效转矩线5.3.1有效转矩线的概念有效转矩----电动机在某一频率下允许连续运行的最大转矩。有效转矩线----电动机允许工作范围的曲线5.3.2fx≤fN时的有效转矩线5.3.3fx>fN时的有效转矩线1．异步电动机在fx>fN时的特点①当在fx>fN时，Ux=UN，因此，随着f的上升，主磁通将减小。②电动机的额定电流是由电动机的允许温升决定的，所以，不管在多大的频率下工作

4、，电动机的允许工作电流是不变的。2．当fx>fN时的有效转矩线①功率不变的有效转矩线。②过载能力不变的有效转矩线。③全频率范围内的有效转矩线。5.4恒转矩负载变频调速系统的构建考虑：频率范围、调速范围和负载转矩要求，从而确定电动机和变频器。5.4.1工作频率范围的选择1．最低工作频率表5—1各种控制模式的最低工作频率允许负载率／(％)控制模式最低工作频率／Hz无外部通风有外部通风有反馈矢量控制0.1≤75100无反馈矢量控制1≤80100V／f控制5≤50≤552．最高工作频率----取决于允许的负载率负载重时最高频率受限。5.4.2调速范围与传动比1．调速范围和负载率的关系2．负载率

5、与传动比的关系-----负载转矩折算到电动机轴上的值是和传动比有关的。传动比越大，则负载转矩的折算值越小，电动机轴上的负载率也就越小。3．调速范围与传动比的关系由表5-2可知----当调速范围不能满足负载要求时，可以考虑通过适当增大传动比，来减小电动机轴上的负载率，增大调速范围。4．传动比的选择举例5.4.3电动机和变频器的选择1．电动机的选择(1)可供选择的方法如对于如何实现变频调速不做任何限制，则有以下几种方法：①原有电动机不变，增大传动比。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（可加时）。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

6、采用普通电动机，不增加外部通风和传动比，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。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以降低工作频率的方法。(3)电动机最高工作频率的确定①磁极对数P≥2的普通电动机：当在fx>2fN，电动机的有效转矩与频率成反比，将减小很多，其值为，一般难以满足负载要求。一般来说，在拖动恒转矩负载时，实际工作频率的范围取②P=1的普通电动机：在额定频率以上运行时，电动机转速超过

7、3000r／min。这时，需要考虑轴承和传动机构的磨损及振动等问题2．变频器的选择(1)容量的选择(2)变频器的类型及控制方式的选择需要考虑的因素有：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5.5恒功率负载变频系统的构建5.5.1恒功率负载系统构建的主要问题主要问题----如何减小拖动系统的容量目标：电动机的容量和通用变频器的容量均最小----电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致如在基频以下恒功率，即fx