变频器第三章1优质PPT.ppt
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恒转矩负载、平方降转矩负载和恒功率负载。
7,8,变频调速系统的基本概念,2.负载的机械特性分类,
(1)恒转矩负载对于传送带、搅拌机、挤出机等摩擦负载以及行车、升降机等势能负载,无论其速度变化与否,负载所需要的转矩基本上是一个恒定的数值,此类负载就称为恒转矩负载。
例如,行车或吊机所吊起的重物,其重量在地球引力的作用下产生的重力是永远不变的,所以无论升降速度大小,在近似匀速运行条件下,即为恒转矩负载。
由于功率与转矩、转速两者之积成正比,所以机械设备所需要的功率与转矩、转速成正比。
电动机的功率应在最高转速下的负载功率相适应。
8,9,变频调速系统的基本概念,2.负载的机械特性分类,
(2)平方降转矩负载离心风机和离心泵等流体机械,在低速时由于流体的流速低,所以负载只需很小的转矩。
随着电动机转速的增加,而气体或液体的流速加快,所需要的转矩大小以转速平方的比例增加或减少,这样的负载称为平方降转矩负载。
在这种方式下,因为负载所消耗的能量正比于转速的三次方,所以通过变频器控制流体机械的转速,与以往那种单纯依靠风门挡板或截流阀来调节流量的定速风机或定速泵相比,可以大大节省浪费在挡板、管壁上的能源,从而起到节能的显著作用。
9,10,变频调速系统的基本概念,2.负载的机械特性分类,(3)恒功率负载机床的主轴驱动、造纸机或塑料片材的中心卷取部分、卷扬机等输出功率为恒值,与转速无关,这样的负载特性称为恒功率负载。
例如,卷纸机要求以一定的速度和相同的张力卷取纸张。
在卷取初期,由于转矩可以较小,但随着纸卷直径的逐渐变大,纸卷的转速也随之变低,而转矩必须相应增大。
10,11,变频调速系统的基本概念,3.负载的运行工艺分类,由于不同的工艺要求对机械设备也提出了不同的工作状态和控制模式,归纳起来主要有以下几种:
连续恒定负载连续恒定负载是指负载在足够长的时间里连续运行,并且在运行期间,转矩基本不变。
所谓“足够长的时间”是指这段时间内,电动机的温升将足以达到稳定值。
典型例子就是恒速运行的风机。
连续变动负载连续变动负载是指负载也是在足够长的时间里连续运行的,但在运行期间,转矩是经常变动的。
车床在车削工件时的工况以及塑料挤出机的主传动就是这种负载的典型案例。
这类负载除了满足温升方面大的要求外,还必须主语负载对过载能力的要求。
11,12,变频调速系统的基本概念,3.负载的运行工艺分类,断续负载断续负载是指负载时而运行,时而停止。
在运行期间,温升不足以达到稳定值;
在停止期间,温升也不足以降至零。
起重机械如行车、电梯等都属于这类负载。
这类负载常常是允许电动机短时间过载的,因此,在满足温升方面要求的同时,还必须有足够的过载能力。
有时,过载能力可能是更主要的方面。
短时负载负载每次运行的时间很短,在运行期间,温升达不到稳定值;
而每二次运行之间的间隔时间很长,足以使电动机的温升下降至零。
水闸门的拖动系统属于这类负载。
对于这类负载,电动机只要有足够的过载能力即可。
12,13,变频调速系统的基本概念,3.负载的运行工艺分类,冲击负载加有冲击的负载叫冲击负载。
例如,在轧钢机的钢锭压入瞬间产生的冲击负载、冲压机冲压瞬间产生的冲击负载等最具代表性。
这类机械,冲击负载的产生事先可以预测,容易处理。
当然,也有一些不测现象产生的冲击负载,入处理含有粉尘、粉体空气的风机,当管道中长期堆积的粉体硬块落入叶片上时,就是一种冲击负载。
冲击负载会引起两个问题:
过流跳闸;
速度的过渡变动。
对于冲击负载,国内通常都使用YH系列高转差率三相异步电动机,它是Y系列电机的派生系列,具有堵转转矩大、堵转电流小、转差率高和机械特性软等特点,尤其适用于不均匀冲击负载以及正、反转次数多的工作场合,如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等机械设备。
13,14,变频调速系统的基本概念,3.负载的运行工艺分类,脉动转矩负载在往复式压缩机中利用曲轴将电机的旋转运动转换成往返运动,转矩随着曲轴的角度而变动。
在这种情况下,电动机的电流随着负载的变化而产生达的脉动。
这类负载是一种周期性的曲轴类负载,它必须考虑到飞轮惯量GD2,因为一旦采用加大飞轮的方法来平滑脉动转矩时,加减速时间就会随之增加,否则减速时的回馈能量就会变大。
14,15,变频调速系统的基本概念,3.负载的运行工艺分类,负负载当负载要求电机产生的转矩与电机转动方向相反时,此类负载就是负负载。
负负载的类型通常有两种:
(a)由于速度控制需要而在四象限运行的机械设备。
如起重机下放重物运转时,电机向着被负载牵引的方向旋转,此时电机产生的转矩是阻碍重物下放的,即与旋转方向相反。
这类负载包括行车、吊机、电梯等升降机械和倾斜下坡的皮带输送机。
(b)由于转矩控制需要而在四象限运行的机械设备。
在卷取片材状物料进行加工作业时,为了给加工物施加张力而设置的卷送转送装置就是负负载。
这里使用的电机速度决定于其对应的卷取机和原动机的运转速度,而电机只被要求用来产生制动转矩。
这类负载包括造纸用的放卷和收卷设备、钢铁用的夹送辊、纺织用的卷染机等。
15,16,变频调速系统的基本概念,3.负载的运行工艺分类,大起动转矩负载类似搅拌机、挤出机、金属加工机床等在启动初期必须克服很大的摩擦力才能启动,因此很多情况下都被当作重载使用。
大惯性负载离心分离机等负载惯性大,不仅启动费力,而且停车也要费时。
16,17,变频器的选择,1.根据负载的机械特性选择变频器,1从理想的角度来说,对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械则应采用具有转矩控制功能的高性能变频器。
因为这种变频器低速转矩大,静态机械特性硬度大,不怕负载冲击,具有挖土机特性。
三菱公司的V500、艾默生公司的TD3000、AB公司的PowerFlex700系列、安川公司的VSG7系列、西门子公司的6SE70系列变频器属于此类。
2风机类、泵类负载是工业现场应用最多的设备,变频器在这类负载上的应用最多。
它是一种平方降转矩负载。
一般情况下,具有V/f恒压频比控制模式的变频器基本都能满足这类负载的要求,17,18,变频器的选择,1.根据负载的机械特性选择变频器,3恒功率负载根据变频器在基本运行频率以上的弱磁恒功率特性,可以将此应用于高速磨床等主轴电机的传动系统中。
对于中心卷取的负载,变频器选择应根据空卷直径和满卷直径比来选择变频器的调速范围,如卷取金属片材时对于低速要求有高转矩输出的,必须选择具有矢量控制的变频器。
18,19,变频器的选择,2.根据负载的工艺特性选择变频器,正确选用变频器的类型,首先要按照生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求,然后决定选用那种控制方式的变频器最合适。
所谓合适是既要好用,又要经济,以满足工艺和生产的基本条件和要求为前提。
19,20,变频器的选择,3.变频器的容量选择,变频器的容量直接关系到变频调速系统的运行可靠性,因此,合理的容量将保证最优的投资。
变频器的容量选择在实际操作中存在很多误区,这里给出了三种基本的容量选择方法,它们之间互为补充。
20,21,变频器的选择,3.变频器的容量选择,从电流的角度大多数变频器容量可从三个角度表述:
额定电流、可用电动机功率和额定容量。
其中后两项,变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出,或随变频器输出电压而降低,都很难确切表达变频器的能力。
选择变频器时,只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。
负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。
需要着重指出的是,确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数,例如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流,冶金工业常用的辊道用电动机不仅额定电流大很多,同时它允许短时处于堵转工作状态,且辊道传动大多是多电动机传动。
应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。
21,22,变频器的选择,3.变频器的容量选择,从效率的角度系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积,只有两者都处在较高的效率下工作时,则系统效率才较高。
从效率角度出发,在选用变频器功率时,要注意以下几点:
(a)变频器功率值与电动机功率值相当时最合适,以利变频器在高的效率值下运转。
(b)在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时,则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率,但应略大于电动机的功率。
(c)当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时,可选取大一级的变频器,以利用变频器长期、安全地运行。
(d)经测试,电动机实际功率确实有富余,可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器,但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。
(e)当变频器与电动机功率不相同时,则必须相应调整节能程序的设置,以利达到较高的节能效果。
22,23,变频器的选择,3.变频器的容量选择,从效率的角度,23,24,变频器的选择,3.变频器的容量选择,从计算功率的角度对于连续运转的变频器必须同时满足以下3个计算公式:
(a)满足负载输出:
PCNPM(b)满足电动机容量:
PCN3kUeIe10-3(c)满足电动机电流:
ICNkIe式中PCN为变频器容量(单位kVA),PM-负载要求的电动机轴输出功率(单位kW),Ue为电动机额定电压(单位V),Ie为电动机额定电流(单位A),为电动机效率(通常约为085),cos为电动机功率因数(通常约为075),k是电流波形补偿系数(由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波,而含有高次谐波的成分,其电流应有所增加,通常k约为10511)。
24,25,变频器的选择,4.变频器箱体结构的选用,变频器的箱体结构要与环境条件相适应,即必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素,这与能否长期、安全、可靠运行有很大关系。
常见有下列几种结构类型可供用户选用:
(1)敞开型IP00本身无机箱,适用装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上,尤其是多台变频器集中使用时,选用这种型式较好,但环境条件要求较高;
(2)封闭型IP20适用一般用途,可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合;
(3)密封型IP45适用工业现场条件较差些的环境;
(4)密闭型IP65适用环境条件差,有水、尘及一定腐蚀性气体的场合。
25,26,设计篇(第二部分),变频调速系统的设计原理,PID控制应用,转速控制应用,通讯设计,26,27,转速控制的基本概念,1.速度控制范围和精度,根据具体的工艺条件和机械设备,在以转速为控制对象的变频调速系统中,必须选择速度控制范围符合要求的变频器以及变频器的控制方式。
速度控制范围有以下几种表示方式,如转速范围表示或
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