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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
2．1．1 异步电动机的自然机械特性
1．自然机械特性
图 2－1 异步电动机的自然机械特性
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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
1．转子串联电阻的机械特性
T1—06 电动机的磁极数
T1—07 电动机额定转速
4．自动测量的操作 （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。
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
（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。 （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。
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
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（2）风机的 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 （3）离心浇铸机的 U∕f 线选择
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
I1↑→Φ1↓ I1↓→Φ1↑
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3．变频运行时的数据举例
Ù1＝－È1＋ΔÙ1
U1≈E1＋ΔU1
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 10Hz
3．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
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4．负载变化的影响
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
2．2．2 变频器的 U∕f 线
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
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2．3 U∕f 线的选择与调整
2．3．1 调整 U∕f 线的实质
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
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2．3．3 转矩提升的预置要点
1．低频重载时
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．低频轻载时 （1）补偿后的电流－转矩曲线
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。
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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
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
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
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3．无反馈矢量控制
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 4．矢量控制方式的适用范围
1．基本频率
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
2．U∕f 线与输出电压
图 2－11 U∕f 线与输出电压 a）额频时调整基本频率 b）低频时调整 பைடு நூலகம்∕f 比
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2．3．2 基本频率的调整
1．三相 220V 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 2．270V、70Hz 电动机配 380V 变频器
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休 息 15 分 钟
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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
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
2．矢量控制的基本思路
图 2－19 矢量控制框图
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2．4．2 电动机参数的自动测量（auto-tuning）
表 2－1 自动测量相关功能（安川 CIMR—G7A）
功能码 功能含义
数据码及含义
T1—00 电动机 1∕2 选择 1：电动机 1；2：电动机 2
T1—01 自动测量模式 0：旋转自测量；1：停止自测量
T1—02 电动机额定功率
T1—03 电动机额定电压
T1—04 电动机额定电流
T1—05 电动机额定频率
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
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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
3．改变频率的机械特性（kU=kf）
图 2－5 fX≤fN 时的机械特性 a)变频调速 b)变频机械特性
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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）
TM＝KTI2’Φ1cosφ2
∵
I2’≯ I2N’
∴
TK≈KT’· Φ1
（2）
Φ1＝KF· E1
f
＝KF· U1 U1
f
＝KF· U1 I1Z1
f
2．和磁通有关的因素（在某一频率下）
（1）负载不变（I1＝C→ΔU1＝C）： U1↑→Φ1↑ U1↓→Φ1↓
（2）电压不变
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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 2－24 额定工作点与有效工作点 2．ｋU＝ｋƒ时的有效转矩线
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
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3．自动测量的相关功能