变频器在各类负载中的应用

第5章变频器在各类负载中的应用5．1应用变频器的基础知识5．1．1变频器的额定数据（1）额定电压中小容量变频器的输入电压主要有以下几种：Ⅰ）380V，3相这是绝大多数；Ⅱ）220V，3相主要见于某些进口设备中；Ⅲ）220V，单相主要用于家用电器中。

（2）额定频率常见的是50Hz和60Hz。

2．输出侧的额定数据（1）额定电压U N通常以最大输出电压作为额定电压。

（2）额定电流I N指允许长时间输出的最大电流。

（3）额定容量S N 由额定电压和额定电流的乘积决定：S N＝3U N I N（4）配用电动机容量P N仅对长期连续负载才是适用的。

（5）过载能力大多数变频器都规定为150%，1min。

5．1．2变频器的功能编码1．连续编码方式2．分组编码方式5．1．3变频器的功能预置1．需要预置的常用功能（1）通道的选择包括：频率给定通道和操作通道；（2）选择控制方式即：V∕F控制方式、无反馈矢量控制方式、有反馈矢量控制方式等；（3）如选择V∕F控制方式，则须预置U∕f比（转矩提升）；（4）调整最高频率、基本频率、上、下限频率等；（5）预置加、减速时间。

2．功能预置的一般步骤图5－1变频器的功能预置a）一般流程b）CVF－G2的面板c）CVF－G2的预置流程5．2 恒转矩负载的变频调速5．2．1 恒转矩负载的特点1．典型实例2．负载特点 （1）转矩特点运动的阻力：F ──与转速无关； 作用半径：ｒ──与转速无关； 负载的转矩：T L ＝F •ｒ ──与转速无关。

∴ 在调速过程中，T L ＝const 。

（2）功率特点P L ＝9550LL n T ∝ｎL图5－2 恒转矩负载及其特性a ）滚筒式负载b ）带式输送机c ）机械特性d ）功率特性5．2．2变频调速的要害—低频运行与起动1．重载低频运行的对策图5－3低频重载运行对策a）转矩提升b）转差补偿c）矢量控制2．起动特点及对策图5－4起动特点及对策a）大惯性b）传输带c）起动特点d）起动频率e）S形加速5．2．3上、下限频率的预置要点1．上限频率尽量接近基本频率：f H≯f N图5－5上限频率与电动机的有效功率a）变频拖动系统b）有效转矩c）有效功率（1）在f H＞f N的情况下：f H＝f N→电动机的输出转矩最大。

（2）在f H≤f N的情况下：f H＝f N→电动机的输出功率最大。

2．尽量提高下限频率图5－6下限频率的预置a）下限频率较低b）下限频率较高5．2．4 恒转矩负载的调速范围1．调速范围和负荷率的关系σA %＝MNL T×100%图5－7 有效转矩线2．满足调速范围的方法 实例：（1）负载数据 T L ＝140NM ；n max ＝720r/min ；n min ＝80r/min （αn ＝9）传动比： λ＝2 负载转矩的折算值 T L ’＝2140＝70Nm （2）电动机数据P MN ＝11kW ，n MN ＝1440 r/min电动机额定转矩： T MN ＝1440119550 ＝72.95Nm 电动机的负荷率： σA %＝95.7270×100%＝96%（3）满足调速范围的思考如果 σA %＝70% 则调频范围为 αƒ＝670＝11.7＞αn （＝9） 负载转矩应限制在：T L ’≤72.95×0.7＝51Nm 确定传动比：λ’≥51140＝2.745 选λ’＝2.755．3重力负载的变频调速5．3．1重力负载及其特点1．重力负载的特点（1）需要电磁抱闸（2）电动机的状态图5－8位能负载实例a）斜坡传输b）起重机械图5－9电动机的状态a）重物下降b）电动机的状态c）电流与功率2．重力负载的四象限运行（1）四象限运行的特点图5－10四象限运行的特点（2）四象限运行举例Ⅰ）重物上升图5－11 重物上升时的工作点Ⅱ）空钩（包括轻载）下降图5－12 空钩下降时的工作点Ⅲ）重载下降图5－13 重载下降时的工作点a）重载下降b）工作点5．3．2起升装置的防溜钩1．电磁制动器的接法图5－14电磁制动器的接法a）工频运行时b）变频运行时2．变频运行时防溜钩的方法图5－15无反馈矢量控制方式的防溜钩3．应急措施举例（1）制动单元损坏后的应急措施图5－16制动单元损坏后的应急措施（2）变频器跳闸时的防溜钩图5－17变频器跳闸时的应急措施a）应急措施示意图b）接触器电路5．3．3大车的控制特点1．应预置瞬时断电的重合闸功能图5－18大车的拖动系统和馈电特点2．应预置下垂功能图5－19电动机的下垂特性a）一台变频器控制两台电动机b）特性较硬c）下垂特性5．4 恒功率负载的变频调速5．4．1 恒功率负载的特点1．典型实例F ＝Const ； ｖ＝Const 2．主要特点（1）功率特点ＰL ＝ F ·ｖ＝const ；（2）转矩特点T L ＝F ·ｒ∝ ｒ（3）转速特点ｎL ＝r v 2 ∝r 1图5－20 恒功率负载及其特性a ）卷径很小时b ）卷径增大时c ）卷径最大时5．4．2恒功率负载的系统容量1．主要矛盾图5－21额频以下带卷绕机2．解决方法图5－22提高频率带卷绕机a）二倍频带卷绕机b）三倍频带卷绕机5．4．3卷绕机械变频调速要点1．闭环控制图5－23卷绕的闭环控制2．转矩控制（在有反馈矢量控制模式下）图5－24卷绕的转矩控制a）控制系统示意图b）转矩与转速3．功能预置要点（1）上限频率∵Ⅰ）主要着眼于减小系统容量；Ⅱ）拖动系统在最高频率下停留时间极短。

∴上限频率可预置为：f H＝（2～3）f N（2）转矩提升∵Ⅰ）当被卷物的卷径最大时，负载的阻转矩也最大，而运行频率则最低。

Ⅱ）在低频情况下，不存在轻载运行的工况。

Ⅲ）起动过程通常在轻载情况下进行。

∴“转矩提升”可以尽量提高，但必须注意在轻载过程中是否发生“过电流”跳闸。

（3）加、减速时间∵Ⅰ）在最轻负荷下起动；Ⅱ）在最低频率下停机。

∴加、减速时间的预置比较随意。

5．5机床的变频调速5．5．1机床的机械特性1．车床的机械特性图5－25 车床的外形与特性a）车床外形b）车床的机械特性2．龙门刨床的机械特性图5－26龙门刨床的外形与特性a）龙门刨床外形b）龙门刨床的机械特性5．5．2车床的变频调速实例1．基本数据某意大利产SAG型精密车床，原拖动系统采用电磁离合器配合齿轮箱进行调速，今改用变频调速。

基本数据如下：（1）主轴转速共分八档：75、120、200、300、500、800、1200、2000r∕min；（2）电动机数据：2.2ｋＷ；1440r∕min；14.6N·m（3）各档转速下的负载转矩（负载的实际功率按２ｋＷ计算）（1）f X≤f N如图5－35ａ）所示。

（2）f X≤2f N如图5－35ｂ）所示。

图5－27一档传动比带车床a）f X≤f N b）f X≤2f N（3）f X≤2f N，两档传动比图5－28 两档传动比带车床（4）传动比低速档：λL0＝5；高速档：λH0＝1.55．5．3龙门刨床刨台的变频调速1．刨台的特性图5－29刨台的速度控制方案a ）直流拖动时的控制方案b）变频调速时的控制方案2．刨台的控制特点图5－30刨台的控制特点a）刨台与行程开关b）控制特点3．停电防滑行装置图5－31停电防滑行装置a）停电防滑行框图b）变频器接线5．6 二次方律负载的变频调速5．6．1 二次方律负载的特点1．转矩特点ＴL ＝ＫT ·ｎL 22．功率特点P L ＝95502LL T n n K ∙∙＝ＫP ·ｎL 3严格地讲，转矩表达式应为：ＴL ＝Ｔ0＋ＫT ·ｎL 2 功率表达式为：P L ＝Ｐ0＋ＫP ·ｎL 3图5－32 二次方律负载及其特性5．6．2风机变频调速要点1．变频器选型（1）容量P N≮P MN（2）类型风机、水泵用变频器。

2．功能预置要点（1）控制方式V∕F控制方式，U∕f线的形状如图5－28。

图5－33风机、水泵用的U∕f线a）艾默生变频器b）康沃变频器c）A－B变频器（2）上限频率（或最高频率）假设：f X＝1.1f N（n X＝1.1n N）则：T LX≈1.12 T LN＝1.21 T LN而：T MX≈（1∕1.1）T MN＝0.91 T LN∴f H≯f N（f H≤f N）图5－34风机对上限频率的限制a）变频风机b）转矩特性c）功率特性（3）加、减速时间与方式Ⅰ）加、减速时间∵ⅰ）风机的惯性较大；ⅱ）起动与停机很不频繁。

∴加、减速时间应适当延长，使起动时的电动机电流和停止时的直流电压都限制在允许范围内。

Ⅱ）加、减速方式∵风机在低速时阻转矩很小，而在频率较高时阻转矩增加较快。

∴以采用半S方式为宜。

图5－35半S形加、减速方式（4）起动功能根据需要，可预置起动前的直流制动功能，以保证零速起动。

5．6．3水泵变频调速要点1．与风机的不同点（1）加、减速时间∵Ⅰ）为了彻底消除水锤效应，加、减速时间不应太短；Ⅱ）因为在很低速时，管路内的水压可能形成回流，故加、减速时间也不宜太长。

∴取t A＝t D≈10～20s（2）加、减速方式∵为了避免回流，水泵在低速段的滞留时间不宜太长。

∴也以采用半S形加、减速方式为好。

2．下限频率∵Ⅰ）供水系统有静扬程，频率太低，将无法供水。

Ⅱ）在多台水泵“并联”的情况下，管路内有一定压力。

频率太低，变频泵将难以供水。

图5－36水泵下限频率需要考虑的因素a）单台泵供水b）多台泵供水∴需要预置下限频率，通常：f L≈25～35Hz5．7恒压供水系统5．7．1恒压供水系统简介1．恒压供水的目的图5－37恒压供水的目的2．变频恒压供水的构成图5－38恒压供水的构成a）基本接线b）睡眠与唤醒31。