《电机与变频器》PPT课件.ppt

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1、电动机和变频器培训应用支持组（上海）,培训目的,让大家懂得电动机和变频原理有助于我们变频器业务的快速增长。,异步电动机原理,异步电动机结构,二部分组成定子固定不动部分，固定在电动机的机座上；由定子铁心和绕组组成，铁心由冲有线槽的矽钢片叠压而成，而绕组均匀地分布在铁心的槽内；转子旋转部分，固定在旋转轴上有鼠笼式和绕线式两类转子；由转子铁心和导体或绕组组成，鼠笼式转子采用铸铝浇注而成，绕线式则由漆包绕组和滑环形成。,接线盒,外壳,定子及绕组,转子,绝缘,磁场的建立,定子三相绕组通过三相对称交流电时，在定子上产生旋转磁场旋转磁场的速度，称为同步速度；n=60f/p其中，f为交流电源频率，P为电机极对

2、数磁场的幅值大小与流过定子的磁场电流成正比,转子感应电流和转矩产生的条件,转子导体切割磁力线，产生感应电势，由于导体两侧的短路环，形成了感应电流（右手定律）通电的转子导体切割磁力线，产生电磁力，从而形成力矩（左手定律）值得注意的是，产生转矩的必需条件包括转子与定子的旋转磁场一定要有相对运动，也就是要有一定的异步滑差当转速达到同步转速时，输出的力矩为零,导体在磁场中受力情况左手定律,转子电流和滑差,转子电流的频率与转子切割定子磁场的相对速度有关转子的速度与定子的极数和频率有关例如：定子电流频率50Hz，转子的速度有可能为1500rpm或3000rpm，取决于定子的极数为4极或2极滑差定子频率与转

3、子实际速度之差如果定子磁场速度为1500rpm，而转子实际速度为1460rpm，所以存在着40rpm的滑差，也可以百分比表示，即2.7%。转子达到同步速时，滑差为0；转子堵转时，滑差为1。,转矩与定子极对数,定子极数较为常用的有2，4，6，8等，其中4极最为普遍。下表为每相极数与单位功率产生的转矩关系,电动机加速过程,定子通电转子转动前，滑差为1，导体与定子磁场相对速度最大，转子感应电势很高，产生很大的启动电流，转子磁场也很高；（A点）转子从静止不断加速，滑差减少，相应转子电势和电流也随之降低；（B-C-D-E）当接近同步速时，转子导体切割较少的磁力线，感应磁场也较弱；转子的速度根据需要多大相

4、对滑差保证一定的磁场切割来维持转子不停地转动；,高频转子电流对电动机性能影响,转子也存在电阻和电感在零速时，由于电感引起的电抗在转子总的阻抗的80%左右，引起转子电流滞后转子电压近70-80度，造成转子磁场漂移，对定子磁场产生去磁作用定子磁场减弱，产生反电势降低，定子电流上升，磁场不断加强，产生足够的加速力矩转子开始旋转，定子电流也随之降低,转矩特性,电动机转矩可用下列表达式表示T=Kt Ir cosKt电动机转矩常数励磁磁通Ir转子电流cos转子电流相位移,电动机损耗,由于定转子之间存在一定的气隙，定子必须提供额外电流增加磁通密度，造成空载电流接近40%额定电流；气隙在电动机设计时尽可能小，

5、但存在机加工等问题，因此，空载气隙损耗无法避免对自冷电动机，转子提供一部分力矩用来克服转轴的摩察和自冷风扇的阻力；铁心的磁滞和涡流损耗绕组的铜损（I2R）,电压对电动机性能的影响,转矩由定子磁通和转子电流所决定，转子电流是由于转子感应电压引起，感应电压直接与定子磁通密度成正比定子磁通与定子电流成正比（假设磁路尚未饱和），因此，如果所加电压的频率保持恒定，定子电流和磁通的上升和下降直接与所加的电压有关转矩与电压的关系如下：T=Kt UT电动机转矩Kt转矩常数U所加的电压,2,电压降低对电动机性能的影响,启动力矩不够如果电动机和负载匹配很接近，万一启动时电压有10%的压降，都有可能导致无法启动；速

6、度波动压降导致电动机速度随之降低而降低；速度精度无法保证长时间的压降导致电动机无法达到铭牌上规定的额定速度；输出最大转矩降低10%的压降导致峰值转矩降低19%，如果应用中要求能够承受短时间的负载冲击，就有可能出现堵转现象；电流增加导致电动机过热，影响电动机的绝缘寿命；,降压启动,电压变化的影响也可当作优点来使用，在启动过程中，用来限制启动电流，调节启动转矩，四种常用的降压启动方法：自耦降压变压器星三角启动分布绕组启动电子软启动器几种不同启动方法得到的电动机特性如表所示：,频率变化对电动机性能的影响,制造厂商常规定电动机的频率变化容许范围5%；假设电动机的电压保持恒定：频率增加5%，同步速增加5

7、%，但转矩降低10%；可理解为阻抗对电动机电流的影响定子阻抗Z由电阻R和感抗2f组成，而定子电流I=U/Z；由于电阻较小，可忽略不计，为了简化起见，电流可等效为：I U/f,电动机和变频变压（VVVF）驱动,由于定子电流与频率成反比，假设电压恒定，而频率变化，就有可能产生以下问题：当频率从50Hz降到25Hz，定子电流将是成倍增加，造成电动机过热；当频率从50Hz升到100Hz，电流减半，而转矩也相应减少，造成出力不够如果在改变频率的同时，改变电压，就可维持适当的电流和转矩；压频比电源电压与频率的比率压频比一般由电动机的铭牌数据所决定，如380V，50Hz，压频比为380/50，即7.6V/H

8、z,低频转矩特性,从右图可以看出，在15Hz到50Hz，恒定压比可保证一定力矩，低于15Hz，并不能产生足够的力矩；主要原因是低频时，阻抗中的电阻占了很大的比重，造成一定的压降；解决低频出力问题，可通过电压提升，补偿由于电阻引起的压降，即IR补偿；,电压提升,变频调速优点,变频启动可解决直接启动引起的问题：6-8倍的启动电流，造成电动机过热加速过程不可控造成的电网电压波动引起机械的冲击 当采用变频驱动时，变频器可以远离电动机安装，而直接启动，由于启动电流造成的线路压降，不允许远距离安装；变频调速可通过速度反馈，使速度精度提高到0.01%；,基频以上的运行,电动机可以基频以上运行，取决于电压极限

9、值和电动机本身的动平衡和轴承的承受能力；一般4极电动机运行到基频以上的125%频率运行时，也就达到它的平衡极限值，如50Hz基频，112.5Hz是它的极限值；通常，假设要求运行电动机超出基频25%，就要向电动机制造厂家联系；,恒压运行基频以上,变频输出电压最大不超出输入电压，对380V，50Hz电源来说，变频器输出在50Hz以上，电压保持380V不变，基频以上运行为恒电压运行；基频以上的压频比不再保持恒定，相应力矩随频率增加而减少，基频以上的转矩与速度的平方成反比；,恒功率输出基频以上,许多机器应用要求恒功率输出，随速度增加，转矩要求与速度成反比，即1/N，而不是与速度的平方（N）成反比；注意

10、到，在基频两倍左右，电动机的转矩高于负载转矩，此后，就要小于负载转矩，引起电动机堵转。在恒电压运行模式下，恒功率输出范围一般只能到基频的1.5倍。超出1.5倍，电动机放大使用。,2,恒转矩输出和调速范围,从右图可以看出，100%力矩可运行到1.25倍的速度，仍保持25%过载倍数。基速以上额定电流转矩随峰值转矩降低而减少，要保持额定力矩输出，电动机就要增加电流，造成电动机过热，有时只好电动机放大功率。,25%,举例：传送带，工艺上要求在整个速度范围内提供恒转矩输出，有时为了提高产量，希望电动机能够基频以上运行；,恒转矩输出范围,恒压控制模式提供的恒转矩范围一般在1.25:1，或1.5:1（电动机

11、放大），原因是电动机并没真正运行在恒转矩模式，压频比随速度变化而改变。要想实现真正的恒转矩控制，有以下途径：重新绕制电动机定子绕组安装升压变压器用380V变频器驱动230V电动机,发电机状态,当电动机被外力拖动超出同步速度，电动机产生的反电势大于输入的电源电压时，电动机处于发电状态，产生的电力与输入的电源电压和频率相同，大小取决于所加电压与反电势之差。,转矩,I,矢量控制概念,它励直流电动机,能够独立控制异步电动机的磁场分量和转矩分量，以便得到精确的转矩和电源输出控制。与直流电动机控制相类似，且控制性能与直流电动机相媲美。,矢量控制的理解,为什么要采用矢量控制,转矩控制精确的速度控制更宽的运行

12、速度范围动态响应高的启动力矩要求类似于直流控制的性能和调速比,旋转参考坐标,矢量控制算法,速度精度的概念,从空载到满负荷的速度变化率，通常以百分比来表示。,变频器有关的概念,压频比转矩提升加减速制动能耗制动再生制动直流注入制动自由停车减速积分停车自动重启动点动限流,模拟/数字输入及输出谐波掉电恢复速度范围速度精度频率精度跳跃频率,变频器硬件原理图,整流部分AC-DC,逆变部分DC-AC,直流滤波,交流变频相对直流调速的优缺点,直流调速成熟技术在冶金等行业应用已有30多年的历史可靠最初成本较低交流调速较高的产品成本更复杂的驱动电路安装成本低发热低，冷却风机可省去变压器容量可降低电网的功率因数矫正电容可省去电动机维修工作量降低效率高，功率损耗小,