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电动机和驱动器原理

电动机和驱动器原理（二）
电动机的频率和转速
线性频率是指电源的每秒完整电周期数。一个周期是指一个完整的交流电压或电流波。一次交替是指半个周期。周期时间 (T) 是指产生一个完整的波形周期所需的时间。铭牌上一般使用缩写指代电动机的线性频率。例如，以 CY 或 CYC 代表周期，以 Hz 代表赫兹。赫兹 (Hz)是频率的国际单位，等于每秒的周期数。
在美国，60 赫兹是电源线性频率的标准值。在加拿大、墨西哥以及大多数的加勒比国家（如巴哈马和开曼群岛），电源线性频率的标准值也是 60 赫兹。所有其他国家/地区均使用 50 赫兹作为线性频率标准值。在发展中国家/地区（沙特阿拉伯、哥伦比亚、哥斯达黎加等），以及大量使用美国制造的电器产品
的国家/地区，工作频率从 50 赫兹到 60 赫兹不等。
交流电动机的额定频率可以是50 赫兹、60 赫兹或 50/60 赫兹。若改变电动机的频率，电动机的转速也会发生变化。提高电动机的频率将增加电动机转速，而降低电动机的频率将减少电动机转速。对于铭牌额定值为 60 赫兹的电动机，若工作频率为 45 赫兹，则转速为 75%。若工作频率为 15 赫兹，则转速为 25%。
电动机驱动器是用于通过固态设备来控制电动机转速的电子装置。若使用现代的电动机驱动器，则曾经只能在额定转速下运转的电动机能够以高于或低于额定转速的速度运转。虽然电动机驱动器能够以高于其额定转速的速度运转，但如此操作通常很不**。如果以高于**值的速度运转电动机，可能会导致电动机在操作时中断，产生危险。
大多数电动机制造商都会将其电动机的**转速设为高于铭牌额定转速 25％。正因为如此，建议不要以超过铭牌额定转速 20％或更高的转速操作电动机。为了确保*高频率介于电动机铭牌额定值的+20％或更小范围内，若电动机铭牌额定值为 50 赫兹，则“*高频率”参数应设置为不超过 60 赫兹；若电动机铭牌额定值为 60 赫兹，则“*高频率”参数应设置为不超过72 赫兹。见图 1-7。

操作者可以使用开关和电位器或键盘来设置电动机驱动器，并为其编程。例如，电动机驱动器可以使用双位开关和电位器来设定电动机的运转条件。电动机驱动器允许设置*大频率输出，此设置也就规定了电动机的*高运转速度。如需设置电动机驱动器的*大频率输出，可按照下列步骤进行：
1. 根据电动机铭牌上的频率信息，将双位开关设置为 50 赫兹或 60赫兹。
2. 将高频电位器设定在“额定”位置，并根据开关位置将驱动器的频率输出限制为 50 赫兹或60 赫兹。
3. 从“额定”位置将高频电位器设置为*高 70 赫兹。
虽然也可以使用开关和电位器对电动机驱动器进行设置和编程，但是大部分电动机驱动器都使用键盘来对驱动器的电动机运转参数编程。见图 1-8。如需使用键盘为电动机驱动器的*大频率输出编程，可按照下列步骤进行：
1. 确定驱动器制造商使用的参数，以设置驱动器的*大频率输出（可在制造商的操作手册中查询）。
2. 进入程序，并设置*大驱动输出频率。注意：当输入此参数时，将显示“工厂默认”设置（或*后修改值）。
电动机和驱动器原理（二）

小心：虽然驱动器可采用高于额定值的频率输出，但其设置*高不应超过电动机铭牌功率额定值 20％。如果以高于**值的速度运转电动机，可能会导致电动机在操作时中断，产生危险。
电动机的频率和电压
控制电动机转速时，交流电动机定子的外加电压的降低幅度必须与频率的降低幅度大致相同。如果电压不随着频率的降低而降低，电动机绕组可能会很快过热，导致电动机损坏。伏特/赫兹 (V/Hz) 比是指施加到电动机的电压与频率之比。将铭牌上标定的额定电压除以铭牌上标定的额定频率，即可计算出 V/Hz 比。例如，对于额定值为230V/50Hz 的电动机，V/Hz 比为 4.6V/Hz（230÷50=4.6）；对于额定值为 230V/60Hz 的电动机，V/Hz 比为3.83 V/Hz；对于额定值为 460V/60Hz的电动机，V/Hz 比为 7.67 V/Hz。
增压涵盖两个独立但密切相关的参数：起动增压和连续增压。低速运转时，某些电动机驱动器应用需要额外的起动转矩，而其他应用则需要额外的转矩，以达到基础速度。起动增压通过在开始时应用较高电压，在起动时提供更高转矩。连续增压通过应用较高电压来提供额外转矩以达到基本速度，但是所用电压不超过电动机铭牌所标示的额定电压。这两个参数将改变V/Hz 曲线，以提供更多的转矩和电流。见图 1-9。
电动机和驱动器原理（二）

起动增压和连续增压以电压或电动机额定电流的百分比来衡量。两个参数之间会相互作用。不同电动机驱动器制造商的默认设置有所不同。
在约 15 赫兹以上，使 V/Hz 比保持线性所需的电压是一个恒定值。若低于 15 赫兹，外加于电动机定子的电压必须提高，以补偿交流电动机在低速时的较大功率损失。增压的具体数值取决于具体的电动机和电动机的负载类型（恒定转矩或可变转矩等）。见图 1-10。

电动机绝缘等级
因暴露在较热环境中而导致绝缘击穿是电动机发生故障的主要原因。美国电气制造商协会 (NEMA) 根据耐热性规定了电动机的绝缘等级。电动机绝缘分为四个等级：A 级、B 级、F 级和 H 级，并在电动机的铭牌上列出。A 级是*不常用的绝缘等级，因为它的温度等级较低。B 级绝缘*常用于 60 赫兹电动机，F 级则*常用于 50 赫兹电动机。H 级是*高的温度额定绝缘，并应尽可能使用。见图 1-11。
电动机和驱动器原理（二）

电动机转矩
电动机只能在电动机轴转动负载时工作。电动机必须产生足够的转矩才能开始转动负载，并按照要求保持转动。转矩是指产生旋转的力。电动机转矩是指电动机转动所产生的力。电动机的操作转矩、转速和马力额定值决定了电动机可做的功。连接至负载的电动机产生四种类型的转矩。四种类型的转矩分别是锁定转子转矩 (LRT)、*低起动转矩 (PUT)、极限转矩 (BDT) 和满载转矩 (FLT)。见图 1-12。

锁定转子转矩 (LRT) 是指电动机在其转子固定且施加全部功率时所产生的转矩。电动机必须产生足够的锁定转子转矩，才能使轴开始移动。锁定转子转矩也被称为分离或起动转矩。
*低起动转矩 (PUT) 是指让负载达到额定速度所需的转矩。如果电动机不能产生足够的*低起动转矩，电动机可能转动轴，但无法达到额定转速。*低起动转矩也被称为加速转矩。
极限转矩 (BDT) 是指电动机在其转速没有突降的情况下所能提供的*大转矩。当电动机负载增加时，电动机会产生更大的转矩，直至负载过大使电动机以额定转速运转。
满载转矩 (FLT) 是指在电动机全速状态下产生额定功率所需的转矩。当电动机以额定电压和电流运转时，虽然满载转矩等于电动机铭牌所标示的额定功率，但是对于大多数应用而言，电动机驱动负载时不应该 100％（满载）运转。
电动机转矩、转速和马力的关系
电动机的操作转矩、转速和马力额定值决定了电动机可做的功。驱动负载时，操作转矩、转速和马力相互联系。电动机满载时，它产生满载转矩。如果电动机欠载，它会产生比满载转矩更小的转矩。如果电动机过载，它必须产生比满载转矩更多的转矩，才能使负载以电动机的额定转速运转。见图 1-13。
电动机和驱动器原理
负载类型
电动机可用于驱动许多不同类型的负载。当以不同转速运转时，电动机负载需要恒定转矩 (CT）、可变转矩 (VT) 或恒定马力 (CH)。由于电动机驱动器必须根据电动机所需驱动的负载类型进行设置或编程，所以必须了解每个电动机负载��型。见图 1-14。

恒定转矩
恒定转矩负载 (CT) 是一种电动机转矩要求保持不变的负载。运转速度的任何变化都需要马力的变化。恒定转矩负载包括会产生摩擦的各种负载，如传送带、齿轮传动机械、起重设备，以及其他能够以不同的速度运转的负载。
可变转矩
可变转矩负载 (VT) 是一种在不同速度下需要可变转矩和马力的负载。承受可变转矩负载时，电动机必须做更多功，才能以更快的速度提供更多的输出。转矩和马力都会随着速度的增加而增加。可变转矩负载包括泵、风机、搅拌机及搅拌器。
恒定功率
恒定马力负载 (CH) 是一种要求低速高转矩和高速低转矩的负载。由于转矩的要求随着速度的降低而增加，所以马力维持不变。恒定马力负载包括生产制造设施中使用的纸张、金属和织物缠绕设备。
当使用驱动器控制电动机时，必须根据负载类型对驱动器进行设置或编程。若要对负载类型进行设置或编程，通常需要确定负载类型，并针对特定类型的应用对驱动器进行设置或编程。
如果必须进行验证、建档或分析，可使用便携式示波器捕获和显示不同的设置和电路工作条件下的测量值。例如，当电动机驱动器被设定在“CT”（恒定转矩）位置和“P＆F”（泵和风机）位置时，可以捕获独立的测量值。采用 CT 设置
时，驱动器以更低和更高的速度输出更高的功率，以维持负载上的恒定转矩。此外，采用 P＆F 设置时，驱动器以低速输出较低的功率。当更多的液体或空气以更高的速度移动时，功率增加。见图 1-15。

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