第2章电动机变频后的带负载特性2．1 异步电动机的机械特性图2－1异步电动机的自然机械特性2．1．1 异步电动机的自然机械特性1．自然机械特性2．机械特性的含义图2－2机械特性的含义a）负载较轻b）对应的工作点c）负载较重2．1．2 异步电动机的人工机械特性图2－3转子串联电阻的机械特性a）转子串联电阻的电路b）机械特性1．转子串联电阻的机械特性2．改变电压的机械特性图2－4改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性图2－5f X≤f N时的机械特性a)变频调速 b)变频机械特性3．改变频率的机械特性（k U=k f）2．2 V ∕F 控制方式2．2．1 低频时临界转矩减小的原因与对策 1．基本关系 （1） T M ＝K T I 2’Φ1cos φ2 ∵ I 2’≯ I 2N ’ ∴ T K ≈K T ’· Φ1 （2） Φ1＝K F ·fE 1＝K F ·f U U 11 ∆-＝K F ·fZ I U111 -2．和磁通有关的因素（在某一频率下）（1）负载不变（I 1＝C →ΔU 1＝C ）： U 1↑→Φ1↑U 1↓→Φ1↓（2）电压不变I 1↑→Φ1↓I 1↓→Φ1↑3．变频运行时的数据举例Ù1＝－È1＋ΔÙ1U1≈E1＋ΔU13．对策（电压补偿、转矩补偿、转矩提升）图2－7电压补偿的原理a）电压补偿的含义b）25Hz时的补偿量c）10Hz时的补偿量图2－6低频时临界转矩减频运行时的小的原因a）运行频率为50Hz b）运行频率为25Hz c）运行频率为10Hz4．负载变化的影响2．2．2 变频器的U ∕f 线图2－8 负载变化（减轻）对磁通的影响a ）负荷率减轻至20%b ）正常时励磁电流c ）饱和时励磁电流图2－9 变频器的U ∕f 线a ）U ∕f 线类型b ）恒转矩U ∕f 线c ）二次方律U ∕f 线2．3 U∕f线的选择与调整2．3．1 调整U∕f线的实质1．基本频率2．U∕f线与输出电压图2－10基本频率的定义a）基本U∕f线b）变频器的对应关系c）电动机的对应关系图2－11U∕f线与输出电压a）额频时调整基本频率b）低频时调整U∕f比2．3．2 基本频率的调整1．三相220V 电动机配380V 变频器2．270V 、70Hz 电动机配380V 变频器图2－12 220V 电动机配380V 变频器 a ）对基本频率的设定 b ）变频器与电动机的对应关系图2－13 270V 、70Hz 电动机配380V 变频器a）对基本频率的设定 b ）变频器与电动机的对应关系2．3．3 转矩提升的预置要点1．低频重载时2．低频轻载时（1）补偿后的电流－转矩曲线图2－15转矩补偿后的电流—转矩曲线a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线图2－14带式输送机的U∕f线a）负载示意图b）负载机械特性c）U∕f线的选择（2）风机的U ∕f 线选择（3）离心浇铸机的U ∕f 线选择图2－16 风机的U ∕f 线 a ）风机的机械特性 b ）U ∕f 线的选择图2－17 离心浇铸机的U ∕f 线选择 a ）离心浇铸机示意图 b ）机械特性 c ）U ∕f 线选择休息15 分钟2．4 矢量控制方式2．4．1 矢量控制的基本思想 1．直流电动机的特点2．矢量控制的基本思路图2－18 直流电动机的调速 a ）直流电动机结构示意图 b ）直流电动机电路 c ）调速后机械特性图2－19 矢量控制框图2．4．2 电动机参数的自动测量（auto-tuning）1．矢量控制需要的参数（1）电动机的铭牌数据——电压、电流、转速、磁极对数、效率等。
（2）电动机的绕组数据——定子电阻、定子漏磁电抗、转子等效电阻、转子等效漏磁电抗、空载电流等。
2．电动机的空载和堵转试验图2－20电动机的空载和堵转试验a）空载试验b）堵转试验3．自动测量的相关功能表2－1 自动测量相关功能（安川CIMR—G7A）（1）旋转自测量（可进行空载试验和堵转试验）电动机脱离负载。
变频器通电，按下RUN键，先让电动机停止1分钟，再让电动机旋转1分钟（转速约为额定转速的一半）。
按下STOP键，中止自测量。
（2）停止自测量（只进行堵转试验）电动机不脱离负载。
变频器通电，按下RUN键，让电动机停止1分钟。
按下STOP键，中止自测量。
2．4．3 有反馈矢量控制和无反馈矢量控制 1．有反馈矢量控制接法2．相关功能表2－2 有反馈矢量控制的相关功能（艾默生TD3000） 功能码 功能码名称 数据码及含义（或范围） Fb ．00 编码器每转脉冲数 0～9999p ∕r Fb ．01 编码器旋转方向 0—正方向；1—反方向 Fb ．02 编码器断线后处理方法 0—以自由制动方式停机；1—切换为开环V ∕F 控制方式图2－21 有反馈矢量控制方式a ）有反馈矢量控制电路图b ）机械特性曲线簇3．无反馈矢量控制4．矢量控制方式的适用范围（1）矢量控制只能用于一台变频器控制一台电动机的情况下。
（2）电动机容量和变频器要求的配用电动机容量之间，最多只能相差一个档次。
图2－22 无反馈矢量控制方式a ）无反馈矢量控制示意图b ）机械特性曲线簇图2－23 不宜采用的场合a ）带多台电动机b ）容量差两档以上c ）8极以上d ）特殊电机（3）磁极数一般以２、４、６极为宜。
（4）特殊电动机不能使用矢量控制功能。
2．5 变频调速的有效转矩线2．5．1 有效转矩线的概念1．额定工作点与有效工作点图2－25 ｋU＝ｋƒ时的有效转矩线a）ｋU＝ｋƒ时的U∕f线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线图2－24额定工作点与有效工作点2．ｋU＝ｋƒ时的有效转矩线2．5．2 电动机变频后的有效转矩线1．ƒX ≤ƒN 的有效转矩线 2．有效转矩线的改善图2－26 散热和有效转矩线的关系a ）各种损失与转速的关系b ）散热系数与转速的关系c ）低频时的有效转矩线图2－27 有效转矩线的改善a ）改善前后的有效转矩线b ）外部强制冷却c ）变频电动机3．ƒX＞ƒN的有效转矩线∵最大输出电压与功率不变U1X≡U1N，P M≯P MN∴f X↑→Ｕ∕ƒ比↓→主磁通Φ1↓→电磁转矩T MX↓图2－28f X＞f N时的机械特性和全频有效转矩线a）额定频率以上的机械特性b）全频有效转矩线休息15 分钟2．6．1 传动机构及其作用１．常见传动机构2．传动比及其作用λ＝L M n n n L ＝λM n 根据输能量守恒的原则，有：M M L L T n T n 95509550L M T T ＝M L n n ＝λ1∴ T L ＝T M ·λ图2－29 常见的传动机构a ）连轴器b ）带轮c ）减速齿轮１．折算的必要性2．折算的基本原则稳态过程：折算前后，传动机构所传递的功率不变。
动态过程：折算前后，旋转部分储存的动能不变。
3．折算公式（1）转速的折算 n L ’＝n L ·λ＝n M（2）转矩的折算 T L ’＝λL T （3）飞轮力矩的折算（GD L 2）’＝ 22λL GD4．传动比与工作频率负载转速 传动比 电动机转速 电动机额定转速 工作频率296 2 592 1480 20.44 1184 405 1480 50Δn N ＝1500－1480＝20r ／min图2－30 电动机和负载的工作点f X ＝600pn ＝60)(N Mn n p ∆+2．6．3 调整传动比在实际工作中的应用实例1某电动机，带重物作园周运动，如图所示。
运行时，到达A点后电动机开始过载，到达B点时容易堵转，怎样解决？（上限频率为45Hz）将传动比加大10%，则在电动机转矩相同的情况下，带负载能力也加大10%。
但这时的上限频率应加大为49.5Hz。
实例2提高下限频率某恒转矩负载，电动机容量是22kW，额定转速为1470r∕min，传动比λ＝4，采用无反馈矢量控制变频调速，在最低工作频率（4Hz）时运行不稳定，怎样解决？（满载运行频率范围为4～40Hz）计算如表2－3。
表2－3 提高下限频率的计算负载转速29.4r∕min～294r∕min原传动比λ=4电动机转速117.6r∕min～1176r∕min 工作频率4Hz～40Hz修改传动比电动机转速176.4r∕min～1764r∕min 图2－31重物园周运动实例3传动比与电动机的起动某锯片磨床，卡盘直径为２ｍ，传动比λ＝５；电动机的容量为３.７ｋＷ。
1．存在问题起动较困难，升速时间太长。
图2－32 锯片磨床示意图2．对策将传动比增大为λ＝7.5，可使折算到电动机轴上的飞轮力矩减小为原来的44%。
结果，卡盘可以在5s内起动起来。
2．7 变频拖动系统的基本规律2．7．1 变频拖动系统必须满足的条件1．电动机与负载的功率关系2．电动机与负载的转矩关系图2－33 拖动系统的功率关系图2－34拖动系统的转矩关系2．7．2 拖动系统的重要规律与常见误区 [误区一]甩掉减速器1．错误原因──电动机降速后的有效功率要随转速下降图2－36电动机的有效功率与转速a）拖动系统b）高速时的功率c）低速时的有效功率图2-35 甩掉减速器2．具体分析[误区二]加大工作频率来提高生产率图2－37 甩掉减速器图2－38加大工作频率来提高生产率a）原工作状态b）加大工作频率1．错误原因──负载升速后所需功率加大2．具体分析图2－39负载功率与转速的关系a）拖动系统b）低速时的负载功率c）高速时的负载功率图2－40 加大工作频率来提高生产率a）原有数据码b）频率加大后数据[误区三] 功率相同就可以错误原因──电动机额定转矩与额定转速的关系T MN ＝MN MNn P 9550磁极数（2p ） 额定转速（n MN ） 额定转矩（T MN ） 2 2970r ∕min 241N ·m4 1480 r ∕min 484 N ·m 6 980 r ∕min 731 N ·m图2－41 用4极电动机代替6极电动机a ）6极电动机拖动b ）4极电动机拖动[综合实例] 某排粉机，原拖动系统数据:三相整流子电动机额定功率: 160kW;额定电流：285A ，工作电流：234A ，负荷率：σA ≈0.82; 额定转速：1050∕350r ∕min; 传动比：λ＝2改造为普通电动机变频调速时：电动机数据：160kW ，275A ，1480 r ∕min 。
运行情况：转速为1050r ∕min 时，电动机过载，电流达316A 。
1．原拖动系统的计算数据额定转矩 T MN0＝MN MN n P 9550＝10501609550⨯＝1455N ·m 负载转矩 T L ’＝ T MN0·σA ＝1455×0.82＝1194 N ·m T L ＝T L ’· λ＝1194×2＝2388 N ·m负载最高速 n Lmax ＝λmax MO n ＝21050＝525 r ∕min最大功率 P L ＝9550max L L n T ＝95505252388⨯＝131 kW 2．改造后拖动系统的计算数据 （1）工作频率 f X ＝60OXpn ＝6010702⨯＝35.7Hz （2）有效功率 P ME ＝P MN ·N Xf f ＝160·507.35＝114 kW （3）电动机的转矩T MN ＝MN MNn P 9550＝14801609550⨯＝1032N ·m图2－42 改造前后的数据a ）改造前的数据b ）改造后的数据图2－43 加大传动比前后的数据a ）改造前的数据b ）加大传动比后的数据 【解决办法】方法一 加大传动比∵ 当 n M = n MN =1480 r ∕min 时P M = P MN =160kW∴ 令：负载转速等于最高转速时，电动机的转速等于额定转速：则 λ’＝maxL MN n n ＝5251480＝2.8（＝1.4λ）T L ’＝L T ＝8.22388＝853N ·m ＜T MN （＝1032 N ·m ） 电动机的上限工作频率等于额定频率：f X ＝f N ＝50Hz方法二 改选6极电动机电动机数据 160kW ，297A ，980 r ∕minT MN ＝MN MN n P 9550 ＝9801609550 ＝1559N ·m 在1050r ∕min 时的工作频率： f X ＝f N ×MN MXn n＝50×9801050＝53.6Hz 在1050r ∕min 时的电动机转矩：T MX ＝T MN ×X Nf f＝1559×6.5350＝1454 N ·m ＞T L ’（＝1194 N ·m ）图2－44 加大磁极对数前后的数据a ）改造前的数据b ）加大磁极对数后的数据2．8 变频器的选型2．8．1 变频器容量的选择1．变频器的容量与电动机特性图2－45变频器的容量与电动机特性的关系a）变频器容量正好b）变频器容量加大2．电动机与变频器额定电流的比较表2－5 电动机与变频器额定电流的比较图2－46电动机的工况a）连续不变负载b）连续变动负载c）断续负载4．一台变频器带多台电动机（1）多台电动机同时起动和运行IN ＞1. 05～1.1×ΣI MN（2）多台电动机分别起动I N ＞21)1.1~05.1(K I K I STMN图2－47 多台电动机同时升、降速图2－48 多台电动机分别起、制动2．8．2 变频器的类别与选择表2－6 变频器的类别与应用（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。