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電機功率與轉矩如何選擇?
發布時間: 2024-04-17 21:05 更新時間: 2024-12-02 08:00
電動機的功率,應根據生產機械所需要的功率來選擇,盡量使電動機在額定負載下運行。
①如果電動機功率選得過小,就會出現“小馬拉大車”現象,造成電動機長期過載.使其絕緣因發熱而損壞,甚至電動機被燒毀。②如果電動機功率選得過大,就會出現“大馬拉小車”現象,其輸出機械功率不能得到充分利用,功率因數和效率都不高,不但對用戶和電網不利。而且還會造成電能浪費。要正確選擇電動機的功率,必須經過以下計算或比較:P=F*V/1000式中:P-計算功率[KW],F-所需拉力[N],V-工作機線速度[M/S]對于恒定負載連續工作方式,可按下式計算所需電動機的功率:P1(kw):P=P/n1n2式中n1為生產機械的效率;n2為電動機的效率,即傳動效率。按上式求出的功率P1,不一定與產品功率相同。因此.所選電動機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。此外.Zui常用的是類比法來選擇電動機的功率。所謂類比法,就是與類似生產機械所用電動機的功率進行對比。具體做法是:了解本單位或附近其他單位的類似生產機械使用多大功率的電動機,然后選用相近功率的電動機進行試車。試車的目的是驗證所選電動機與生產機械是否匹配。驗證的方法是:使電動機帶動生產機械運轉,用鉗形電流表測量電動機的工作電流,將測得的電流與該電動機銘牌上標出的額定電流進行對比。如果電功機的實際工作電流與銘脾上標出的額定電流上下相差不大.則表明所選電動機的功率合適。如果電動機的實際工作電流比銘牌上標出的額定電流低70%左右.則表明電動機的功率選得過大,應調換功率較小的電動機。如果測得的電動機工作電流比銘牌上標出的額定電流大40%以上,則表明電動機的功率選得過小,應調換功率較大的電動機。適用于伺服電機額定功率、額定轉速和額定轉矩之間的關系互導,但實際的額定轉矩值應該是實際測量出來為準,因為有能量轉換效率問題,基本數值大體一致,會有細微減小。。。追問:如果我是用無極調速的呢?就電機輸出功率與轉矩而言,交流變頻調速和直流調速有什么特點和區別?回答:論交流變頻調速與直流調速一、變頻器的發展直流電動機拖動和交流電動機拖動先后誕生與19世紀,距今已有100多年的歷史,并已成為動力機械的主要驅動裝置。但是由于技術上的原因,在很長一段時期內,占整個電力拖動系統80%左右的不變速拖動系統中采用的是交流電動機(包括異步電動機和同步電動機),而在需要進行調速控制的拖動系統中則基本上采用的直流電動機。但是,眾所周知,由于結構上的原因,直流電動機存在以下缺點:(1) 需要定期更換電刷和換向器,維護保養困難,壽命較短;(2) 由于直流電動機存在換向火花,難以應用于存在易燃易爆氣體的惡劣環境;(3) 結構復雜,難以制造出大容量、高轉速和高電壓的直流電動機。而與直流電動機相比,交流電動機則具有以下優點:(1) 結構堅固,工作可靠,易于維修保養;(2) 不存在換向火花,可以應用于存在易燃易爆氣體的惡劣環境;(3) 容易制造出大容量、高轉速和高電壓的交流電動機。因此,很久以來,人們希望在許多場合下能夠用可調速的交流電動機來代替直流電動機,并在交流電動機的調速控制方面進行了大量的研究開發工作。但是,直至20世紀70年代,交流調速系統的研究開發方面一直未能得到真正能夠令人滿意的成果,也因此限制了交流調速系統的推廣應用。也正是因為這個原因,在工業生產中大量使用的諸如風機、水泵等需要進行調速控制的電力拖動系統中不得不采用擋板和閥門來調節風速和流量。這種做法不但增加了系統的復雜性,也造成了能源的浪費。經歷了20世紀70年代中期的第2次石油危機之后,人們充分認識到了節能工作的重要性,并進一步重視和加強了對交流調速技術的研究開發工作。隨著電力電子技術、微電子技術和控制理論的發展,電力半導體器件和微處理器的性能的不斷提高,變頻驅動技術也得到了顯著的發展。隨著各種復雜控制技術在變頻器技術中的應用,變頻器的性能不斷提高,而且應用范圍也越來越廣。目前變頻器不但在傳統的電力拖動系統中得到了廣泛的應用,而且幾乎已經擴展到了工業生產的所有領域,并且在空調、洗衣機、電冰箱等家電產品中也得到了廣泛應用。變頻器技術是一門綜合性的技術,它建立在控制技術、電力電子技術、微電子技術和計算機技術的基礎之上,并隨著這些基礎技術的發展而不斷得到發展。表1-1列出了近年來變頻器技術的基本發展過程。二、變頻器調速控制系統的優勢與傳統的交流拖動系統相比,利用變頻器對交流電動機進行調速控制的交流拖動系統有許多優點,如節能,容易實現對現有電動機的調速控制,可以實現大范圍的高效連續調速控制,容易實現電動機的正反轉切換,可以進行高頻度的起停運轉,可以進行電氣制動,可以用一臺變頻器對多臺電動機進行調速控制,電源功率因數大,所需電源容量小,可以組成高性能的控制系統等等。下面介紹一下前面提到的變頻器調速控制系統的各種主要優點。在許多情況下,使用變頻器的目的是節能,尤其是對于在工業中大量使用的風扇、鼓風機和泵類負載來說,通過變頻器進行調速控制可以代替傳統上利用擋板和閥門進行的風量、流量和揚程的控制,所以節能效果非常明顯。因為以節能為目的的調速運轉對電動機的調速范圍和精度要求不高,所以通常采用在價格方面比較經濟的通用型變頻器。由于變頻器可以看作是一個頻率可調的交流電源,對于現有的進行恒速運轉的異步電動機來說,只需在電網電源和現有的電動機之間接入變頻器和相應設備,就可以利用變頻器實現調速控制,而無須對電動機和系統本身進行大的設備改造。在采用了變頻器的交流拖動系統中,異步電動機的調速控制是通過改變變頻器的輸出頻率實現的。因此,在進行調速控制時,可以通過控制變頻器的輸出頻率使電動機工作在轉差率較小的范圍,電動機的調速范圍較寬,并可以達到提高運行效率的目的。一般來說,通用型變頻器的調速范圍可以達到1:10以上,而高性能的矢量控制方式的變頻器的調速范圍可以達到1:1000。此外,當采用矢量控制方式的變頻器對異步電動機進行調速控制時,還可以直接控制電動機的輸出轉矩。因此,高性能的矢量控制變頻器與變頻器專用電動機的組合在控制性能方面可以達到和超過高精度直流伺服電動機的控制性能。利用普通的電網電源運行的交流拖動系統,為了實現電動機的正反轉切換,必須利用開閉器等裝置對電源進行換相切換。利用變頻器進行調速控制時,只需改變變頻器內部逆變電路換流器件的開關順序即可以達到對輸出進行換相的目的,很容易實現電動機的正反轉切換而不需要專門設置正反轉切換裝置。此外,對在電網電源下運行的電動機進行正反轉切換時,如果在電動機尚未停止時就進行相序的切換,電動機內將會由于相序的改變而流過大于起動電流的電流,有燒毀電動機的危險,所以通常必須等電動機完全停下來之后才能夠進行換相操作。而在采用變頻器的交流調速系統中,由于可以通過改變變頻器的輸出頻率使電動機按照斜坡函數的規律進行加速,從而達到限制加速電流的目的。因此,在利用變頻器進行調速控制時更容易和其它設備一起構成自動控制系統。對于利用普通的電網電源運行的交流拖動系統來說,由于電動機的起動電流較大并存在著與起動時間成正比的功率損耗,所以不能使電動機進行高頻度的起停運轉。而對于采用了變頻器的交流調速系統來說,由于電動機的起停都是在低速區進行而且加減速過程都比較平緩,電動機的功耗和發熱較小,可以進行較高頻度的起停運轉。變頻調速系統的上述特點可以用于采用交流拖動系統的傳送帶和移動工作臺等以達到節能的目的。這是因為,在利用異步電動機進行恒速驅動的傳送帶以及移動工作臺中,電動機通常一直處于工作狀態,而采用變頻器 進行調速控制后,由于可以使電動機進行高頻度的起停運轉,可以使傳送帶或移動工作臺只是在有貨物或工件時停止運行,從而達到節能的目的。由于在變頻器驅動系統中電動機的調速控制是通過改變變頻器的輸出頻率進行的,當把變頻器的輸出頻率降至電動機的實際轉速所對應的頻率以下時,負載的機械能將被轉換為電能,并被回饋給供電電網,并形成電氣制動。此外,一些變頻器還具有直流制動功能,即在需要進行制動時,可以通過變頻器給電動機加上一個直流電壓,并利用該電壓產生的電流進行制動。同機械制動相比,電氣制動有許多優點,例如體積小,維護簡單,可靠性好等。但是也應該注意到,由于在靜止狀態下電氣制動并不能使電動機產生保持轉矩,所以在某些場合還必須采取相應的措施,例如和機械制動器同時使用等。高速驅動是變頻器調速控制的Zui重要的優點之一。這是因為對于直流電動機來說,由于受電刷和換向環等因素的制約,無法進行高速運轉。但是,對于異步電動機來說,由于不存在上述制約因素,理論上講異步電動機的轉速可以達到相當高的速度。由于異步電動機的轉速為:n=60f/p(1-s)
①如果電動機功率選得過小,就會出現“小馬拉大車”現象,造成電動機長期過載.使其絕緣因發熱而損壞,甚至電動機被燒毀。②如果電動機功率選得過大,就會出現“大馬拉小車”現象,其輸出機械功率不能得到充分利用,功率因數和效率都不高,不但對用戶和電網不利。而且還會造成電能浪費。要正確選擇電動機的功率,必須經過以下計算或比較:P=F*V/1000式中:P-計算功率[KW],F-所需拉力[N],V-工作機線速度[M/S]對于恒定負載連續工作方式,可按下式計算所需電動機的功率:P1(kw):P=P/n1n2式中n1為生產機械的效率;n2為電動機的效率,即傳動效率。按上式求出的功率P1,不一定與產品功率相同。因此.所選電動機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。此外.Zui常用的是類比法來選擇電動機的功率。所謂類比法,就是與類似生產機械所用電動機的功率進行對比。具體做法是:了解本單位或附近其他單位的類似生產機械使用多大功率的電動機,然后選用相近功率的電動機進行試車。試車的目的是驗證所選電動機與生產機械是否匹配。驗證的方法是:使電動機帶動生產機械運轉,用鉗形電流表測量電動機的工作電流,將測得的電流與該電動機銘牌上標出的額定電流進行對比。如果電功機的實際工作電流與銘脾上標出的額定電流上下相差不大.則表明所選電動機的功率合適。如果電動機的實際工作電流比銘牌上標出的額定電流低70%左右.則表明電動機的功率選得過大,應調換功率較小的電動機。如果測得的電動機工作電流比銘牌上標出的額定電流大40%以上,則表明電動機的功率選得過小,應調換功率較大的電動機。適用于伺服電機額定功率、額定轉速和額定轉矩之間的關系互導,但實際的額定轉矩值應該是實際測量出來為準,因為有能量轉換效率問題,基本數值大體一致,會有細微減小。。。追問:如果我是用無極調速的呢?就電機輸出功率與轉矩而言,交流變頻調速和直流調速有什么特點和區別?回答:論交流變頻調速與直流調速一、變頻器的發展直流電動機拖動和交流電動機拖動先后誕生與19世紀,距今已有100多年的歷史,并已成為動力機械的主要驅動裝置。但是由于技術上的原因,在很長一段時期內,占整個電力拖動系統80%左右的不變速拖動系統中采用的是交流電動機(包括異步電動機和同步電動機),而在需要進行調速控制的拖動系統中則基本上采用的直流電動機。但是,眾所周知,由于結構上的原因,直流電動機存在以下缺點:(1) 需要定期更換電刷和換向器,維護保養困難,壽命較短;(2) 由于直流電動機存在換向火花,難以應用于存在易燃易爆氣體的惡劣環境;(3) 結構復雜,難以制造出大容量、高轉速和高電壓的直流電動機。而與直流電動機相比,交流電動機則具有以下優點:(1) 結構堅固,工作可靠,易于維修保養;(2) 不存在換向火花,可以應用于存在易燃易爆氣體的惡劣環境;(3) 容易制造出大容量、高轉速和高電壓的交流電動機。因此,很久以來,人們希望在許多場合下能夠用可調速的交流電動機來代替直流電動機,并在交流電動機的調速控制方面進行了大量的研究開發工作。但是,直至20世紀70年代,交流調速系統的研究開發方面一直未能得到真正能夠令人滿意的成果,也因此限制了交流調速系統的推廣應用。也正是因為這個原因,在工業生產中大量使用的諸如風機、水泵等需要進行調速控制的電力拖動系統中不得不采用擋板和閥門來調節風速和流量。這種做法不但增加了系統的復雜性,也造成了能源的浪費。經歷了20世紀70年代中期的第2次石油危機之后,人們充分認識到了節能工作的重要性,并進一步重視和加強了對交流調速技術的研究開發工作。隨著電力電子技術、微電子技術和控制理論的發展,電力半導體器件和微處理器的性能的不斷提高,變頻驅動技術也得到了顯著的發展。隨著各種復雜控制技術在變頻器技術中的應用,變頻器的性能不斷提高,而且應用范圍也越來越廣。目前變頻器不但在傳統的電力拖動系統中得到了廣泛的應用,而且幾乎已經擴展到了工業生產的所有領域,并且在空調、洗衣機、電冰箱等家電產品中也得到了廣泛應用。變頻器技術是一門綜合性的技術,它建立在控制技術、電力電子技術、微電子技術和計算機技術的基礎之上,并隨著這些基礎技術的發展而不斷得到發展。表1-1列出了近年來變頻器技術的基本發展過程。二、變頻器調速控制系統的優勢與傳統的交流拖動系統相比,利用變頻器對交流電動機進行調速控制的交流拖動系統有許多優點,如節能,容易實現對現有電動機的調速控制,可以實現大范圍的高效連續調速控制,容易實現電動機的正反轉切換,可以進行高頻度的起停運轉,可以進行電氣制動,可以用一臺變頻器對多臺電動機進行調速控制,電源功率因數大,所需電源容量小,可以組成高性能的控制系統等等。下面介紹一下前面提到的變頻器調速控制系統的各種主要優點。在許多情況下,使用變頻器的目的是節能,尤其是對于在工業中大量使用的風扇、鼓風機和泵類負載來說,通過變頻器進行調速控制可以代替傳統上利用擋板和閥門進行的風量、流量和揚程的控制,所以節能效果非常明顯。因為以節能為目的的調速運轉對電動機的調速范圍和精度要求不高,所以通常采用在價格方面比較經濟的通用型變頻器。由于變頻器可以看作是一個頻率可調的交流電源,對于現有的進行恒速運轉的異步電動機來說,只需在電網電源和現有的電動機之間接入變頻器和相應設備,就可以利用變頻器實現調速控制,而無須對電動機和系統本身進行大的設備改造。在采用了變頻器的交流拖動系統中,異步電動機的調速控制是通過改變變頻器的輸出頻率實現的。因此,在進行調速控制時,可以通過控制變頻器的輸出頻率使電動機工作在轉差率較小的范圍,電動機的調速范圍較寬,并可以達到提高運行效率的目的。一般來說,通用型變頻器的調速范圍可以達到1:10以上,而高性能的矢量控制方式的變頻器的調速范圍可以達到1:1000。此外,當采用矢量控制方式的變頻器對異步電動機進行調速控制時,還可以直接控制電動機的輸出轉矩。因此,高性能的矢量控制變頻器與變頻器專用電動機的組合在控制性能方面可以達到和超過高精度直流伺服電動機的控制性能。利用普通的電網電源運行的交流拖動系統,為了實現電動機的正反轉切換,必須利用開閉器等裝置對電源進行換相切換。利用變頻器進行調速控制時,只需改變變頻器內部逆變電路換流器件的開關順序即可以達到對輸出進行換相的目的,很容易實現電動機的正反轉切換而不需要專門設置正反轉切換裝置。此外,對在電網電源下運行的電動機進行正反轉切換時,如果在電動機尚未停止時就進行相序的切換,電動機內將會由于相序的改變而流過大于起動電流的電流,有燒毀電動機的危險,所以通常必須等電動機完全停下來之后才能夠進行換相操作。而在采用變頻器的交流調速系統中,由于可以通過改變變頻器的輸出頻率使電動機按照斜坡函數的規律進行加速,從而達到限制加速電流的目的。因此,在利用變頻器進行調速控制時更容易和其它設備一起構成自動控制系統。對于利用普通的電網電源運行的交流拖動系統來說,由于電動機的起動電流較大并存在著與起動時間成正比的功率損耗,所以不能使電動機進行高頻度的起停運轉。而對于采用了變頻器的交流調速系統來說,由于電動機的起停都是在低速區進行而且加減速過程都比較平緩,電動機的功耗和發熱較小,可以進行較高頻度的起停運轉。變頻調速系統的上述特點可以用于采用交流拖動系統的傳送帶和移動工作臺等以達到節能的目的。這是因為,在利用異步電動機進行恒速驅動的傳送帶以及移動工作臺中,電動機通常一直處于工作狀態,而采用變頻器 進行調速控制后,由于可以使電動機進行高頻度的起停運轉,可以使傳送帶或移動工作臺只是在有貨物或工件時停止運行,從而達到節能的目的。由于在變頻器驅動系統中電動機的調速控制是通過改變變頻器的輸出頻率進行的,當把變頻器的輸出頻率降至電動機的實際轉速所對應的頻率以下時,負載的機械能將被轉換為電能,并被回饋給供電電網,并形成電氣制動。此外,一些變頻器還具有直流制動功能,即在需要進行制動時,可以通過變頻器給電動機加上一個直流電壓,并利用該電壓產生的電流進行制動。同機械制動相比,電氣制動有許多優點,例如體積小,維護簡單,可靠性好等。但是也應該注意到,由于在靜止狀態下電氣制動并不能使電動機產生保持轉矩,所以在某些場合還必須采取相應的措施,例如和機械制動器同時使用等。高速驅動是變頻器調速控制的Zui重要的優點之一。這是因為對于直流電動機來說,由于受電刷和換向環等因素的制約,無法進行高速運轉。但是,對于異步電動機來說,由于不存在上述制約因素,理論上講異步電動機的轉速可以達到相當高的速度。由于異步電動機的轉速為:n=60f/p(1-s)
式中:
n—電機轉速,r/min;
f—電源頻率,HZ;
p—電動機磁極個數;
s—轉差率。
(1) 大容量和小體積化;
(2) 高性能和多功能化;
(3) 易操作性的提高;
(4) 壽命和可靠性增加;
(5) 無公害化。
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