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标题: 关于西门子变频器恒转矩的一点疑问，请高人回答 [打印本页]

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作者: baikhgmv    时间: 2016-10-24 10:51
标题: 关于西门子变频器恒转矩的一点疑问，请高人回答


关于恒转矩的一点疑问，请高人回答很普遍的说法是50HZ以下恒转矩，50HZ以上恒功率，如果是V/F控制的话，怎么是恒转矩呢？虽然V/F是定值，也就是定子磁通不变，此时定子电流是保持不变的么？根据转矩公式T等于K*I*Q，如果定子磁通Q不变那么转矩与定子电流成比例，在V/F控制的情况下，如果定子电流保持不变，则转矩不变，也就是说转矩与转速的变化无关，转矩是保持不变的。但是定子电流是保持不变的？
例如辊道是恒转矩负载，采用V/F控制，难道不论F(也就是速度）怎么变化，只要负载不变，转矩就不变？难道频率变化了，定子电流仍然保持不变？请高人解答

另外，请问平板台车是什么负载啊？是恒转矩负责还是恒功率负载啊？


-----------恒转矩负载的特点就是当负载一定时，其转矩与转速无关，通俗地讲，一台天车起吊10吨的物体，这个物体不会因为起吊速度快或慢而变为11吨或9吨，但对于电机而言，当起吊速度由慢变快时，加速过程中，电机输出的转矩要大于负载转矩（等于负载转矩+加速转矩），当速度稳定后，电机输出的转矩又和负载转矩相等了，快速时的电流和慢速时一样。这种状态可在设备上观察。
平板台车是恒转矩负载。


-------楼上对变频器在恒转矩负载段的解释很好。
能再解释一下恒功率负载段的情况？为什么大于50Hz就变成了恒功率负载状态了呢？

---------对电机而言，50Hz以上运行属于恒功率调速区（电机端电压为额定，磁通Φ减少，但电流不允许超过额定），在这个区域，能够保证电机长期运行的电机转矩的容许值将随速度的上升而下降，带载能力降低。“电机转矩的容许值”是电机转矩的限度，此时速度越高，限度就低，电机的实际输出转矩是由负载决定的，只要负载小于这个限度，电机速度就有上升的空间，但不能超过这个限度，否则电机将过载运行。
一台天车起吊额定载荷是10吨（50Hz及以下），如果工艺要求提速，在50Hz以上运行，依然要吊起10吨的载荷，这时就需要更换功率大的电机来满足。

----------楼上解释的不错。封精支持一下。
这里的关键就是50Hz输出时，输出电压已经等于供电电压了。再提高输出频率，也只能是这个电压，而且绕组的感抗随频率增加，提供电流的能力降低，且这台电机磁路截面限定而逐渐趋于饱和。按交流的“欧姆定律”就形成恒功率特性。
那楼上能解释一下关于87Hz额定转矩特性吗？

----------1、变频电机工作时是在恒转矩区还是恒功率区取决于电极磁通量，电机输出转矩是和电极磁通成正比的。2、根据电机公式，E=4.44KfWΦ，磁通和电机成正比，磁通和频率成返比。
3、变频调速时，当频率减小（工作在基频50HZ）以下，为了保证磁通不饱和，电压也必须成比例的降低，以保证磁通量为定量，因此50HZ以下为恒转矩区。当频率增大时（工作在基频50HZ）以上，电机受限于绕组的绝缘要求，电压不能相应上升，所以必须降低磁通，因此50HZ以上为恒功率区。
4、电机进入恒功率区是受限于电机电压绝缘的，如果不考虑电机电压绝缘要求，当频率增大到50HZ以上时，只要电压也随频率相应增大，磁通量还是定值，电机还是工作在恒转矩区。
5、因此对于能工作在星形和三角形两种接法电机，在工作在三角形方式（50HZ/230V）时可以把电压提高到额定的1.73倍，频率和转速也提高到额定的1.73倍（87HZ/400V），来保证电机恒定磁通和转矩运转。
6、要工作这个方式，必须考虑以下几点：电机的极限转速（轴承和润滑等）、超频后电机铁损增加造成电机发热较正常大、电机绝缘等级要够、选择的变频器要合适（进线AC220的不能用，功率也要大）

---------对于87Hz额定转矩特性，我的理解如下：
（1）曾经调过一台MM440变频器，控制制氧一台22kW液氮输送泵电机，要求最大输出频率87Hz，因为电机的额定频率就是87Hz，转速5050rpm/min。这种情况下，电机可以输出额定转矩正常运行；
（2）如果这台22kW液氮输送泵电机的额定频率是50Hz，在某时段因工艺要求需运行在87Hz而要求电机能保持输出额定转矩，这时电机输出的功率将达到1.74倍的电机额定功率，电机不能够满足要求，需扩容到22x1.74=38.28kW，选用45kW；
另楼上g侠所言第5点【---来保证电机恒定磁通和转矩运转】也是保证230V的电机在50Hz时能输出额定转矩。

-----------【（2）如果这台22kW液氮输送泵电机的额定频率是50Hz，在某时段因工艺要求需运行在87Hz而要求电机能保持输出额定转矩，这时电机输出的功率将达到1.74倍的电机额定功率，电机不能够满足要求，需扩容到22x1.74=38.28kW，选用45kW；】
-----这一问题与我上面的回答中提到的电机轴上输出功率增加了1.74倍矛盾吗？要实现这种特性需要什么条件？
以22kW、380V、50Hz电机为例，在弱磁到87Hz时，为了使电机输出额定转矩，此时电机端电压近380V，为保证电机温升不超标，电机电流为额定值，此时因励磁电流减小，电机的功率因数比额定值要高，这种状态下电机的输出功率比额定功率要大一些，但到不了1.74倍，增长的幅度要小于速度的增长，如何来保证输出转矩达到额定值呢（变频器的输出电压又不可能超过输入电压）？

----------是的，gongs对87Hz模式解释得不错。
楼上先前对87Hz模式解释是有点问题。
你想想：
1、电机转子轴直径，就是按照额定转矩（x安全系数）设计的；和转速基本无关（不管是1500RPM还是3000RPM）。
2、380V的电机绕组绝缘等级，并不会因为你的220V角接方式而降低。
3、当负载为额定负载，且频率达到87Hz；电压380V时，绕组的转矩电流并不会增大。
4、变频器输出频率高或低，其载波频率（如4kHz）没有变化，对电机绕组的“冲击”是一样的。
所以，只要是那种变频电机50Hz/100Hz/1500rpm/3000rpm，就没有问题。
在设置上，只要告诉变频器50Hz、220V、（220V的额定电流）；变频器就会在50Hz时输出220V，87Hz时输出380V。
当然，重要的问题是你不能再使用原来的变频器了，它的容量必须加大（按此状态下的电机额定电流选用，220V角接的电流要比380V大得多）。

---------我对电机设计上没有什么经验，所以请教一下“380V的电机相绕组”的绝缘等极是指每相绕组都是380V呢 ，还是出厂星形接法的电机每相绕组绝缘是按相电机220V设计的。
主要是我有个工程想用电机的87HZ特性，不知道国内市场上的电机的绕组是否能承受电压增高。还有能否推荐几款能实现此功能的电机。功率1.5-3KW。
谢！

----------把思路整理了一下，分情况把对“87Hz恒转矩特性”的认识重新说明：
情况1：如用380v的变频器控制50Hz、380v的电机或用220v的变频器控制50Hz、220v的电机，当频率升到87Hz时，电机输出转矩的限度肯定会低于额定值，50Hz---87Hz这一频段就是恒功率调速；
情况2：如用380v的变频器控制220V(三角形联接)/380V(星形联接)、50Hz的电机，变频器中设置基准频率为87Hz，基准电压为380v。
使用星形联接时，频率升到87Hz时的情况与情况1相同；
使用三角形联接时，频率升到87Hz时，电机端电压也升到380，在额定负载下，电机能够输出额定转矩是因为电机磁通Φ没变【（220v/50Hz）=（3800v/87Hz）=恒定】，在此基础上，流过电机各相绕组的电流
仍等于额定电流，此时电机功率增加了1.74倍是因为电机端电压升高了1.74倍；
对于220V(三角形联接)/380V(星形联接)的电机在三角形联接时，如外加50Hz、380v的电压，磁路会严重饱和而不能正常工作，但现在外加的是87Hz、380v的电压，磁路不会饱和且这种电机各绕组间的耐压等级在设计时是按380v来设计的，各绕组的载流量是按星形联接时的额定电流来设计的，虽然三角形联接时电机额定线电压是220v，在这种情况下，运行在380v电压下对电机绕组的绝缘是没影响的。
只是在这种应用中要考虑电缆截面增加、变频器容量增加带来的成本增加这一因素。

--------呵呵，没错，是这样的。
此外，还要认识到：输出功率的提高是因为额定转矩输出没变的情况下，转速提高到原来的1.73倍。
这和F1赛车是一样的，它的气缸排量1.6升，但转速是1万8千转。这就是它大马力的原因。马自达RX-7转子发动机排量2x0.65升，输出260马力，也是1万转以上的高转速。

回gongs：
380V变频电机用在380V供电系统中，耐压没有问题。在TN供电系统中，对外壳都是AC 220V的 Vpp约310V。
但在IT供电系统中，当一相接地时，倒会对外壳升高到AC 380V Vpp（660多伏）。
其绝缘仅仅和工作、环境温度有关。也就是说，主要和材料有关；铁损、铜损有关（都变成热了）。
作用在绕组上的电压，因载波造成的绕组电感的反电势，会达到1倍。但和正常50Hz内使用也没有区别（50Hz也是同样的载波呀）。

--------那是不是说要87HZ运行，就只要吧额定电压的参数设成220v就可以了，电机接成角型


----------首先50hz的说法有点不准确，应该是额定频率，有些电机的额定频率不是50hz，在额定频率下为恒扭矩应用，额定频率上为恒功率应用。
电机是一个电能和机械能转换的执行机构，这种转换依靠电磁感应。对电能方面参数为电压，电流和频率；对机械能方面参数为扭矩，转速和转动惯量；当然对电机来讲还有转换效率参数。对于磁场方面参数为磁通，反电动势；
当把变频器加入这个系统时，还需要把变频器的很多参数考虑进来，如载频，响应频率，过载系数等等；
作为商品来讲，必须考虑成本问题，基于这个原因，每个参数都有限制；在不同的应用中会采用不同的策略来达到性价比最高，这是产品设计时必须平衡各种参数的范围。当然某些应用不全是钱的问题，举个例子，航母上的弹射器，如果用很火的电磁弹射方案的话，那就是一个大的*直线电机，要把电机的电阻降低到非常低（如超导体）来瞬间输出兆瓦级的能量，还要保持足够高的机械强度。这种天顶星的技术，你只要能做出来，钱就从来不是问题。
回头来看看参数的限制条件和各个量之间的关系：
电压U：限制于输入电压与电机的绝缘等级
电流I ：电机的内阻与感抗
频率f：限制于变频器的最大输出频率（200-650hz or 2000hz 是一个与载频密切相关的一个参数）
转速n：限制于轴承和转子的机械强度
扭矩T：限制于机械强度和电流
反电势E: 限制于磁通与频率f
磁通fi：限制于材料和绕组的形式

控制电机一般有两种不同的控制对象：
1，电机的转速n---》改变电机的电流---》电机的扭矩=负载扭矩+加减速扭矩+摩擦扭矩来控制速度达到设定值
2，电机的扭矩T---》改变电机的电流---》改变电机的扭矩（速度环饱和）达到扭矩设定值


电参数: 电压U与频率f-----》一般变频器的输出侧电压小于出入侧电压，举例：AC380v 通常输出AC340-370V，而变频器的输出电压就是电机的输入电压了。从变频器控制原理上讲，电压V与频率f之比可以设定一个固定的系数或一条固定的曲线（在额定频率下）即这个曲线的额定频率点对应为额定电压，当频率超过额定频率时，输出电压达到额定电压时就不能继续沿这个曲线增大，问题就来了。
机械参数与电参数的关系：扭矩与电机的交轴电流分量成正比，磁通与电机的直轴电流分量成正比；电机的转速n与电机的频率f为固定系数关系：n=(1-s)*60f/p; 改变f的值就可以改变电机的转速n（p为电机的极对数，s为转差率），当频率高于额定频率时，频率f可以增大，而与频率相对应的电压u却不能增大（达到电压最大值了）；
从功率角度来讲，电功率k*U*I*功率因数cos*效率=机械功率 扭矩*转速/9550，当电压不能变大的时候，电机的电流*功率因数也基本不变了（由于电机的内阻），对机械能来讲，当转速高于额定转速时，扭矩就必须降下来才能满足这个等式。可当电机的频率f增加时，电机的感抗电流与频率成正比，电机的反电势增加，但反电势必须控制低于电机的输入电压才能产生电流；而反电势与磁通和频率成比例关系。这时尽管电机的总电流不变，但电流分量的比例在变化（是矢量合成），交轴电流分量减小导致扭矩的减小，直轴分量增加来减小磁通从而保持反电势为一个固定值（接近电机输入电压）。在高于额定频率后，为恒功率运行。

当转速低于额定转速时（频率f低于额定频率），此时扭矩输出为负载扭矩+加速扭矩，为恒扭矩输出。

不同的应用场合，关注电机的参数不太一样，比如机床的主轴电机，关注于高转速（》10000rpm）让加工的工件表面质量更佳，工作于恒功率方式；比如卷绕，也是典型的恒功率应用；当然恒扭矩应用的场合更多，想楼上提到的平板台车

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作者: baikhgmv    时间: 2016-10-24 10:51


--------5、因此对于能工作在星形和三角形两种接法电机，在工作在三角形方式（50HZ/230V）时可以把电压提高到额定的1.73倍，频率和转速也提高到额定的1.73倍（87HZ/400V），来保证电机恒定磁通和转矩运转。
这点怎么理解？
如果电机的三角形接法的额定电压就是230v，是根据什么来判断可以提高到额定电压的1.73倍？
星形接法的额定电压比三角形接法高，所以用三角形接法的额定电压去供星形接法的电机是没问题的，但是反过来恐怕就不行了。假如一个电机的星形接法额定电压是400v，三角形接法额定电压是230，那么你强行用230v电压，连接方式为星形肯定是没问题，功率下降而已，但是反过来强行用400v电压，接线为三角形恐怕电机受不了吧？一个很简单的判断，一台电机出厂后有一些固有特性是不会再变话的，而供电电压的增加，在其他条件不变的情况下，电压的增加一般也意味着功率的增加，而电机的功率哪有可能这么轻易的就上去呢？

-----------特地拍张西门子电机的名牌照片，照片上明确说明了三角形额定电压就是230，要接400v电压就必须用星形接法。想用简单的星形转三角形接法就能提高电机额定电压和额定功率恐怕是行不通的！


----------参考两个公式：T=CeΦI和U=CeΦn。
恒转矩：在磁通Φ一定的情况下，转速和电压是成正比的，在电机到达额定转速以前，因为磁通是恒定的，所以转矩T只与电流I也就是负载有关，负载一定，转矩就一定，所以叫恒转矩。
恒功率：当电机达到额定转速以后，电压也到了额定值，这时候转速要再继续增大，因为电压维持额定值不再变化，就需要变化磁通，通过减小磁通来实现，也就是常说的弱磁升速，同时电机又有额定电流的限制，P=UI，所以在这个区域是恒功率运行。

---------当然不能用简单的星形转三角形接法就能提高电机额定电压和额定功率。
你是否注意到，这个铭牌参数是指50Hz条件下的？我们没说50Hz呀。事实上，变频器在输出50Hz时，正好输出220V呀。有什么问题吗？
是否能用，关键仅仅是电机是否机械上（轴承、转子等）允许，是否是台变频电机。如果是台100Hz电机，就毫无问题。就能在87Hz输出电机标明的额定转矩。

--------我想问问，对于交流异步电机，你是通过变频器哪个参数来弱磁的

---------交流异步电机弱磁，变频器好像不用设置参数吧，它是通过内部调节的，矢量控制将定子电流分解为转矩分量和励磁分量，在给定超过电机额定转速的时候，通过减小励磁电流而减小磁通的。

----------嗯，实际上，采用星接380V的方法，已经是无法再提高输出电压了。输出频率超过50Hz额定频率后，绕组电感的增大，导致励磁电流的减小（这可以通过空载电流，无转矩电流状态来佐证啊）。
反之，角接220V则不然。变频器50Hz时，输出220V电压。输出频率再提高时，仍可以继续提升电压。直到87Hz，达到可能的最大输出电压380V。（当然再往后，又像前面说过的那样，励磁降低、输出转矩降低...。）
在Starter下是很容易设置的：
1、按实际220角接铭牌输入：

2、直接勾选87Hz计算：


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我也曾经使用过基频87hz恒转矩的方式，事实证明变频器不会主动去弱磁，频率超过50Hz输出电压超过230V，电机不会弱磁。
对于STARTER调试87hz恒转矩方式有点疑问：
yming版主所说，勾选87hz后，STARTER自动修改了额定电压、额定频率、额定转速，并没有修改额定功率，而实际上超过50hz时功率已经大于额定功率了。那么在设置电机铭牌数据是有几个问题，
第一个问题：是否应该手动修改电机功率？个人认为应该修改。
第二个问题：如果修改了电机功率为额定功率的1.73倍，那么快速调试后计算的电机参数还准确吗？
第三个问题：既然电机是同一个电机，按照实际的三角形接法的铭牌数据输入电机名牌数据是否更好？

对于STATRER 调试V4.6版本的G120时实际上勾选"87HZ" STARTER不再会修改额定电压，额定频率，额定转速参数了，只会调整最高转速，基准转速等参数，通过这个改变是否证实按照我的第三个问题的方法设置电机参数即可。

-----在磁通Φ一定的情况下，转速和电压是成正比的，在电机到达额定转速以前，因为磁通是恒定的，所以转矩T只与电流I也就是负载有关，负载一定，转矩就一定，所以叫恒转矩。

------就是按照角接220V输入。然后再选87Hz。最新的Starter修改了这点。

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