技术电子书

ACS580通用型传动

ACS580 技术电子书2

目录

3 ACS580通用型传动技术电子书

3 引言

4 1. 交流传动：领先的节能控制方法

4 为何投资购置变频器？

4 交流传动的基本功能

4 电机配合交流传动使用时的负载能力曲线

5 2. ACS580传动内置功能确保轻而易举的简便性

5 ACS580传动功能确保实现更佳的过程控制

5 换向

5 能源优化器

5 转矩控制

6 消除机械振动

6 永磁电机实现节能

6 低电压穿越

7 飞车起动

7 堵转功能

7 用户负载曲线

8 预励磁

8 直流抱闸

8 后励磁

8 点动

9 PID控制

9 PFC、泵和风机控制

9 环境特征

9 EMC

10 3. 传动系统的选型

10 选型

10 传动系统

10 选型程序的一般说明

11 感应（交流）电机

11 感应电机基本原理

12 电机电流

12 恒磁通范围

13 弱磁范围

13 电机功率

14 基本的机械定律

16 负载类型与选择变频器和电机

17 平方转矩：泵机和风机应用示例

17 恒转矩：挤出机应用示例

17 恒功率：卷曲应用示例

17 起动/起步转矩需求

24 4. 通过ACS580通用型传动轻松确保安全

24 简介

24 安全转矩取消（STO）

24 标准化的安全功能

24 功能性安全设计工具

ACS580 技术电子书 3

ACS580通用型传动技术电子书

引言

ACS580通用型传动简单易用。ACS580便于安装和调试，并

具备各种内置功能，确保为用户带来轻而易举的简便性。借

助ACS580，一切都能搞定—ACS580几乎是即插即用，可广

泛用于控制泵机、风机、压缩机及其他许多变转矩和恒转矩应

用。

编写本电子书的目的是为用户提供使用ACS580通用型传动的

其他信息，以便助力各生产过程实现节能和对ACS580的优

化。尽管ABB有大量工具供用户选择，例如用于传动系统选型

的DriveSize，但在本电子书中，我们将为读者介绍选型基本

原理的相关内容。这将有助于用户了解高级选型流程背后的理

论。

本电子书由四个章节组成。第一章介绍交流传动，并概括性阐

释为什么使用交流传动及如何通过交流传动优化能耗。第二章

介绍ACS580的一些内置功能，它们可实现更佳生产过程控制

并确保轻而易举的简便性。第三章侧重于传动系统的选型，如

果妥善完成正确选型，能最大限度实现节能。另外，还介绍感

应电机的基本原理、机械定律的基础，并通过多个示例计算帮

助高级用户选择适用的传动和电机。第四章即最后一章对安全

问题做相关介绍。

ACS580 技术电子书4

1. 交流传动：领先的节能控制方法

为何投资购置变频器？

当今，降低能耗和减排二氧化碳的必要性日益凸显。应对这一挑

战的最简单方法就是抓住节能减排机遇，开始更高效地利用能

源。

达到预期节能效果的一种简单方法就是利用ACS580变频器以智

能方式控制电机并提高能源效率。ACS580传动能在许多应用中

调节电机转速，并可将能耗降低达30%至50%，在极端情况下可

降低达90%。ACS580传动的简单性会在财务、运营和环境层面

产生巨大的积极影响。

譬如，泵机应用中的许多电机规格过大，为的是应付很少出现的

最大需求。借助传统的机械阀，无论实际需求如何，电机通常都

以额定转速运行，并以机械方式限制流量，而这会浪费能源。变

频器能降低电机转速，使之与实际需求匹配。

交流传动的基本功能

在后续章节，我们将详细介绍交流传动的不同功能，以及该传动

可达到的性能等级。

下面，我们将详细了解交流传动系统所需的组件。

电源为传动提供所需电力；针对传动的一个选择标准就是供电电

压及其频率。交流传动转换频率和电压，为电机供电。这个转换

过程通过生产过程和用户界面受来自生产过程的信号或用户的控

制。

通过用户界面可察看交流传动，并通过传动获取不同的过程信

息。这使得传动便于与其他过程控制设备集成并实现对过程控制

系统的超控。

电机配合交流传动使用时的负载能力曲线

如果驱动电机未使用变频器，那么，既不能修改负载能力曲线，

也无法有效地优化能耗。电机将在一定的转速下产生指定转矩，

并且不能超过最大转矩。

使用变频器时，有不同的加载选项。标准曲线Curve 1如图1-1所示，可连续使用。其他曲线仅适用于短时工作，因为电机的散热

系统并不是专为这种使用工况而设计的。

譬如，在起动过程中，可能会需要这些更高的负载能力级别。在

某些应用中，当起动时，需要高达两倍的转矩。借助变频器，这

是可以实现的，这意味着可以根据其正常使用的状况对电机进行

选型。这样可以降低投资成本。

为了能够使用这些功能，非常重要的一点是负载、交流传动和电

机是彼此兼容的。否则，电机或传动将会过热而受到损坏。

T/Tn

f (Hz)

Curve 1

Curve 2

Curve 3

Load

图1-1电机配合交流传动使用时的负载能力曲线

ACS580 技术电子书 5

ACS580传动功能确保实现更佳的过程控制

ACS580传动拥有许多内置特性及功能，可实现轻而易举的简

便。为实现更佳的过程控制和节能，通常也需要利用内部功能。

譬如，借助输入和输出端口，可向传动提供各种过程信息，从而

相应地控制电机。或者，可对负载加以限制，以防止恼人的故

障，并保护工作的机器和整个传动系统。集成式节能计算器也能

提供关于能耗和节能的重要信息。

些重要功能及特性：

– 输入和输出端口

– 换向功能 – 斜坡时间加速/减速

– 转矩可调 V/Hz设置

– 转矩提升

– 消除机械振动 – 负载限制

– 失电跨越 – 堵转功能 – 飞车起动

– 能源优化器

– 永磁电机控制

– 预励磁 – 直流抱闸 – 后励磁

– 用户负载曲线 – 点动

– PID控制

– PFC（泵机和风机控制）

在后面的章节中，我们将更详细地介绍上述列出的ACS580的一

些功能。另外还请参考功能的图片。

换向

通过交流传动，改变电机旋转方向会很简单。借助ACS580传动

系列，只需按下一个按钮即可达到目的。此外，还可以设置不同

的加速和减速斜坡时间。另外还可以根据用户的意愿对斜坡形状

进行修改。在图1-2中，呈现的是S形斜坡。另外也可以是线性

斜坡。

图1-2 利用加速和减速谐波实现逆转

能源优化器

该功能可优化电机磁通，这样，当传动在低于额定负载运行时可

降低总能耗和电机噪声电平。根据负载转矩和转速，总效率（电

机+传动）可提高1…20%。对于永磁电机，始终都能实现能源

优化。

转矩控制

借助交流传动，转矩控制比较简单。如果需要非常大的起动转

矩，那么就有必要增大转矩。转矩可调U/f设置意味着能在低速

时能提供最大转矩。如图1-3所示。

t

n td

ta

td deceleration time

ta acceleration time

2. ACS580传动内置功能确保轻而易举的简便性

ACS580 技术电子书6

2. ACS580传动内置功能确保轻而易举的简便性

消除机械振动

机械振动可通过绕过临界转速的方式得以消除。这意味着当电机

被加速至接近临界转速时，传动将不允许电机的实际转速与参考

转速保持一致。当临界点已通过，电机将非常快速地返回常规曲

线，通过临界转速。如图1-3所示。

图1-3 转矩控制设置

永磁电机实现节能

ACS580可支持永磁电机。在这类电机中，稀土永磁体被设计为

电机的转子，从而不需要励磁电流。由于无转子电流，只有很少

的热量传输到电机其余部分及轴承位置。这种结构能够显著提高

电机能源效率。

低电压穿越

电源电压被切断时，低电压穿越功能会起效。如图1-4所示。在

这样的情况下，交流传动将继续利用旋转电机的动能继续运行。

只要电机转动并为传动产生动能，该传动就将全面运行。

图1-4 失电跨越

Tm,f,Udc

t

Intermediate circuit voltage (Udc)Output frequency (f)Motor torque (Tm)

Umains

torque boostingvariable torque U/f settingseliminating mech. vibrations

nref

T,nact

ACS580 技术电子书 7

飞车起动

当电机连接到飞轮或大惯性负载时，就会使用飞车起动功能。即

使没有速度反馈，也能使用飞车起动功能。在电机事先处于旋转

状态下起动变频器，首先输出电压减小，然后与旋转的转子同

步。在同步后，电压和速度都增至相应的水平。该功能如图1-5所示。

图1-5 飞车起动

堵转功能

借助交流传动，可通过堵转功能在堵转时保护电机。通过调整监

控限值，可以选择传动对电机堵转时做出何种反应。如图1-6所示。如果同时满足三个条件，则激活保护功能。

1. 传动频率必须低于预设堵转频率。

2. 电机转矩必须上升至某个限值，该值由传动软件计算得出。

3. 电机处于堵转状态的时间已经超过用户设定值。

图1-6 堵转功能

2. ACS580传动内置功能确保轻而易举的简便性

用户负载曲线

用户负载曲线具有监控功能，可监控作为频率或速度函数的输入

信号及负载。它可以显示所监控信号的状态，并在超出用户负载

曲线时发出故障或警告。

在图1-7中，用户负载曲线是从向其加上和减去10%裕量的电机

额定转矩构建的。裕量曲线定义电机的工作包络线，以便能对包

络线之外的偏离进行监控。

譬如，过载可用于监测锯条打结或风扇负载变得过高的情况。反

过来，欠载可用于监测是否有负载掉落以及传送带或风扇皮带断

裂的情况发生。

Overload curve (five points)

Nominal process load curve

Overload curve (five points)

Output frequency (Hz)

图1-7 用户负载曲线

电机转矩/额定转矩

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

-0.210 20 30 5040

Torque

n

Stall frequency

Tstall

Speed

Voltage

Start

t

ACS580 技术电子书8

预励磁

预励磁是指在起动之前对电机的直流励磁。根据选定的起动模

式（矢量或标量起动模式），预励磁可以提升起动转矩上升至

200%的电机额定转矩。通过调整预磁化时间，还可以同步电机

的起动和机械抱闸的释放。

直流抱闸

借助该功能，可以将处于运行状态但转速在（接近）零速时，锁

住转子。当参考转速与电机转速都降至低于某个水平时，传动将

停止产生正弦电流，并开始向电机注入直流。当参考转速超过直

流抱闸转速时，继续正常的传动运。这种状况如图1-7所示。

图1-7 直流抱闸功能

2. ACS580传动内置功能确保轻而易举的简便性

后励磁

该功能使电机在停机后保持一定时段的磁化。这是为防止机械设

备在负载下面移动，譬如，然后就能施加机械制动。不过，重要

的是要注意仅在选中斜坡停机时才提供后磁化。

点动

点动功能支持利用瞬时开关暂时使电机旋转。点动功能通常在检

修或调试期间使用，以在本地控制机械设备。

当点动功能被激活，传动起动并沿着定义的电动加速斜坡加速至

定义的点动速度。在激活信号关闭后，传动沿着定义的电动减速

斜坡减速至停机。只要点动支持信号开启，就选择忽略起动命

令。在点动支持功能关闭后，需要新的起动命令。类似地，只要

起动命令起用，就选择忽略点动支持信号。如果当起动命令关闭

时点动支持信号开启，立即启用点动。该逻辑如图1-9所示。

图1-9点动功能的逻辑

Jog enable

Jog cmd

Start cmd

Speed

t

Motor speed DC hold

Referencet

t

DC hold speed

ACS580 技术电子书 9

2. ACS580传动内置功能确保轻而易举的简便性

EMC另一个重要的环境特征是电磁兼容性（EMC）。传动系统满足

欧盟EMC指令是非常重要的。这意味着传动系统能承受传导和

辐射干扰，并且自身不会将任何传导或辐射干扰发送至电源或周

围环境。

图1-10 IP21和IP55防护等级和电磁兼容性

PID控制

ACS580传动具有内置的过程PID控制器。控制器可被用于控制

生产过程，如管道内的压力或流量，或容器内的液位。在过程

PID控制中，过程参考点（设置点）被接入传动，而不是速度参

考点。实际值（过程反馈）也被送回传动。过程PID控制可调整

传动速度，以便使测得的过程量（实际值）保持在所期望的水平

（设置点）。这意味着用户不需要为传动设定频率/转速/转矩参

考值，而是传动根据过程PID调整运行。

PFC、泵和风机控制

泵和风机控制（PFC）功能在泵或风机系统中使用，包括一台传

动和多台泵或风机。传动可控制其中一台泵/风机的转速，并且

还将其他泵/风机通过接触器直接连接到供电网（和断开与其之

间的连接）。特别是当过程需求变化时，该功能很有用。PFC控

制逻辑根据生产过程容量变化的要求开启和关闭辅助电机。

环境特征

任何传动系统都必须应对不同的环境压力，如湿气或电气干扰

等。IP55防护等级确保其能在多尘环境下使用，并能承受从任何

方向洒水的状况。

变频器通常配置IP21防护等级。这意味着不能接触带电部件，说

ACS580 技术电子书10

3. 传动系统的选型

选型

在传动系统的选型中，所有因素都必须仔细考虑。选型需要整

个系统的知识，其中包括电源、被驱动的机器、环境状况、电

机和传动等。在选型阶段花费时间意味着节省相当多的费用。

当然有一些工具可帮助用户完成选型流程。譬如，其中一些包

括，称为DriveSize的工具和称为Drives Customer Lab的另一

种工具。DriveSize有助于用户根据应用所定义的要求选择电机

和传动。Drives Customer Lab有助于用户测试电机与传动之间

的兼容性，并帮助找到与电机匹配的最佳传动。这两款工具都

是ABB提供的产品。

传动系统

单个交流传动系统通常包括输入变压器或电源、变频器、交流

电机和负载。在单传动内部，有整流器、直流母线和逆变单

元。如图2-1所示。

图2-1 单传动包括1) 整流器、2)直流母线、3)逆变单元和4)电源。

选型程序的一般说明

本章介绍电机和变频器选型的一般步骤。

1. 检查初始条件。为了选择适当的变频器和电机，检查市电电

源电压等级（380 V—480 V）和频率（50 Hz—60 Hz）。

市电电源的频率并不限制应用的速度范围。

2. 检查工艺要求。是否需要起动转矩？使用的速度范围如何？

有哪类负载？后文将介绍一些典型的负载类型。

3. 选择电机。电机是产生转矩的来源。电机必须有一定的过载

能力，并能产生所需的转矩。超过电机的热过载能力是不允

许的。另外，当在选型阶段考虑最大可用转矩时，还有必要

针对电机最大转矩留有30%左右的裕量。

4. 选择变频器。根据初始条件和选定的电机选择变频器。应该

查看变频器是否能产生所需的电流和功率。如果是短时周期

性载荷，那么，应该考虑变频器潜在的过载能力优势。

本章重点介绍传动系统的选型。首先从整体上介绍传动系统，并列出选型程序的原理及与其有关的机械定律。此外，还将详细剖

析不同负载类型下的感应电机。最后，本章提供一些计算示例，说明选型程序及其背后的理论。

ACS580 技术电子书 11

3. 传动系统的选型

感应（交流）电机

在工业中广泛使用感应电机，本节介绍其中一些基本功能。

感应电机基本原理

感应电机将电能转换为机械能。转换电能这一过程基于电磁感

应。由于感应现象，感应电机存在转差。

转差通常在电机的额定点（频率(fn)、速度(nn)、转矩 (Tn)、电压

(Un)、电流(In)和功率(Pn)）进行定义。在额定点，转差为：

其中，ns为同步速度：

当电机连接到恒定电压和频率的电源时，它会有转矩曲线。该

曲线如图2-2所示。

图2-2 感应电机连接到电网（D.O.L.、Direct-On-Line）时的典型转矩/转速曲

线。在图中，a)为启动转矩，b)为最小转矩，c)为最大转矩，Tmax，d）为电机的

额定点。

标准感应电机的最大转矩(也称下拉转矩和极限转矩)一般是额

定转矩的2-3倍。最大转矩下对应得转差Smax 比额定转差大。

为了有效使用感应电机其转差应在 - Smax ... Smax 的范围

内。这可以通过控制电压和频率来实现。变频器可以实现这种

控制。

在额定频率以下的频率范围称为恒磁通范围。电机在额定频

率/转速以上运行为弱磁范围。在弱磁范围内电机运行在恒功

率段。这就是弱磁范围有时也称为恒功率范围的原因。图解如

图2-3所示。

图2-3 最大转矩、电压和磁通作为相对速度的函数。

感应电机的最大转矩与磁通的平方成正比(Tmax ~ ψ 2)。这意

味着最大转矩在恒磁通范围内是近似恒定的。在弱磁点以上最

大转矩与频率的平方成反比。

Tmax ~ .

Constant flux range Field weakening range

Flux

VoltageTmax

ACS580 技术电子书12

电机电流

感应电机的电流有两个分量：无功电流(isd)和有功电流(isq)。无功

电流分量包括励磁电流(imagn)，而有功电流是产生转矩的电流分

量。有功和无功电流分量是相互正交的关系。

励磁电流(imagn)是近似恒定的在恒磁通范围内(在弱磁点以下)。在

弱磁区励磁电流与转速成反比。

在恒磁通范围内，电机在额定点的无功（isd）电流可以作为一个

较好地估算励磁电流。

图2-4定子电流( is ) 包括无功电流 ( isd )和有功电流( isq )分量，它们相互正交。

定子磁通用ψs来表示。

恒磁通范围

在弱磁点以下电流分量可近似地用下面的公式来计算：

总的电机电流：

可以看出零电机转矩时有功电流分量为零。随着电机转矩的升

高电机电流成比例的增加。近似的总的电机电流为：

, when 0.8 * Tn ≤ Tload ≤ 0.7 * Tmax

示例1一个15 kW电机的额定电流是32 A 功率因数是0.83. 在额定点

电机的励磁电流近似是多少? 在弱磁点以下在120 %额定转矩

时电机总电流是多少。

解决方案1在额定点估算的励磁电流：

在120 %额定转矩时电机总电流的近似公式：

使用近似的公式 是因为转矩满足条件：

0.8 * Tn ≤ Tload ≤ 0.7 * Tmax

3. 传动系统的选型

ACS580 技术电子书 13

弱磁范围

在弱磁区电流分量也取决于转速。

总电机电流：

电机电流在一定的运行区域内可以近似计算。电机电流近似与

功率成正比. 电流的近似公式：

当满足下面条件时可使用近似值：

和

在弱磁范围内为了维持一定的转矩需要与相对速度成正比的附

加电流。

示例2电机的额定电流是71 A。在1.2倍额定转速时要获得100%额定

转矩需要多大电流(Tmax = 3 * Tn)。

解决方案2 电流用下面的公式近似计算：

电机功率

电机的机械（输出）功率根据转速和转矩用公式可计算出来：

因为电机功率最常以千瓦表示，转速以每分钟转数rpm表示

（1 rpm = 2p/60 rad/s），所以可以利用下面的公式：

电机的输入功率可由电压、电流和功率因数计算得来：

电机的效率等于输出功率除以输入功率：

3. 传动系统的选型

ACS580 技术电子书14

3. 传动系统的选型

示例3电机额定功率是15kW，额定转速为1480rpm。电机的额定转

矩是多少？

解决方案3电机的额定转矩计算如下：

示例437 kW（Pn=37 kW、Un=380 V、In=71 A和cos(jn)=0.85）电机

的额定效率是多大？

解决方案4标称效率为：

基本的机械定律

感应电机的一个基本等式的描述。

转动惯量(J [kgm2)，角速度(ω [rad/s])和转矩(T [Nm])之间的关

系，见下面的等式：

上面的等式基于频率和转动惯量变化。下面的等式常常假设转

动惯量为常量：

转矩Tload表示电机的负载。负载由摩擦力，惯量和负载本身组

成。当电机转速变化时，电机的转矩不同于Tload。这时电机转

矩按动态转矩和负载转矩分量来考虑：

如果转速和转动惯量为常量动态转矩分量(Tdyn)为零。动态转矩

分量由恒定转动惯量的负载加减速而产生(电机的转速变化∆n [rpm] 是在∆t [s]内产生的，J是常量)：

如果在电机加速时转动惯量改变动态转矩分量可按照一定的间

隔来计算。从热选型的角度来看，在加速期间可以考虑转动惯

量的平均值。

ACS580 技术电子书 15

示例5总的转动惯量，3 kgm2, 在10秒内速度从500 rpm加速到1000 rpm. 当恒定的负载转矩是50 Nm时需要的总的转矩是多少?如果电机的供电被切断，电机需要多长时间减速到0 rpm ?

解决方案5总的转动惯量是常量。产生加速度需要的动态转矩分量：

加速期间总的转矩：

如果电机的转速在1000rpm时供电被切断，电机由于恒定的负

载转矩(50 Nm)会减速。下面的公式：

从1000 rpm到0 rpm的减速时间：

示例6 在额定转矩下加速一个风机到额定转速. 在额定转速下转矩为

87 %。 风机的转动惯量是1200 kgm2 电机的转动惯量是11 kgm2。风

机的负载特性Tload如图2-5所示。

电机的额定功率是200 kW，额定转速是991 rpm。

图2-5 风机的转矩特性。转速和转矩用相对值来描述。

计算从零到额定转速的近似启动时间。

Speed

Torq

ue

3. 传动系统的选型

ACS580 技术电子书16

解决方案6电机的额定转矩：

把速度分成五个部分来计算启动时间。在每个部分(198.2 rpm) 转矩被认为是恒定的。每个部分的转矩从中间点开始。因为每

个部分的平方曲线接近于直线。

在额定转矩下电机(风机)的加速时间可通过下面的公式计算：

不同速度区的加速时间：

因此，从0至991rpm的起动时间大约为112秒。

负载类型与选择变频器和电机

根据生产过程的基本信息选择电机。转速范围、转矩曲线、通

风方式和电机负载能力给出选择电机的准则。通常是值得比较

不同电机的，因为选中的电机会影响变频器的大小。

在为应用选择适用的电机和变频器时，了解负载曲线（转速范

围、转矩和功率）是很有必要的。

在接下来的五个图中会介绍一些常见的负载类型。另外，可能

还有这些类型的组合。

1. 恒转矩

当处理固定体积时，恒转矩负载类型是很典型的。譬如，螺杆

式压缩机、给料机和传送带都是典型恒转矩应用。转矩是常

数，功率与转速成线性正比。

图2-6 恒转矩应用中的典型转矩和功率曲线。

3. 传动系统的选型

792.8-991 rpm

0-198.2 rpm

198.2-396.4 rpm

396.4-594.6 rpm

594.6-792.8 rpm

ACS580 技术电子书 17

2. 平方转矩 平方转矩是最常见的负载类型。顾名思义，转矩是二次方，因

而功率与转速成立方正比。譬如，典型平方转矩应用为离心泵

和风机。

图2-7 平方转矩应用中的典型转矩和功率曲线。

3. 恒功率

当轧制物料，在轧制过程中直径发生变化时，恒功率负载为常

态。功率是常数，而转矩与转速成反比。

图2-8 恒功率应用中的典型转矩和功率曲线。

3. 传动系统的选型

4. 恒功率/转矩

该负载类型在造纸业很常见。这是恒功率与恒转矩负载类型的

组合。这通常是根据需要在高转速时获得某个功率而进行系统

选型的结果。

图2-9 恒功率/ 转矩应用中的典型转矩和功率曲线。

5. 起动/起步转矩需求

在一些应用中，需要在低频率下提供大转矩。这在选型中必须

考虑。针对该负载类型的典型应用有挤出机和螺杆泵等。

图2-10 其中需要起动转矩的应用的典型转矩曲线。

ACS580 技术电子书18

另外还有其他多个负载类型。不过，很难在一般性介绍中对其

进行描述。我们在此仅举几例，有不同的对称（压路机、起重

机等）和非对称负载。譬如，转矩的对称/非对称可作为角度

或时间的函数。这种负载类型必须仔细选型，考虑电机和变频

器的过载能力裕量，以及电机的平均转矩。

接下来，让我们考虑变频器选型的步骤。在选择适用的变频器

时，有好几点需要考虑。变频器制造商一般会有某些选型表，

其中会给出针对每种变频器规格的典型电机功率。

当已知转矩特征时，还能计算出选型电流。相应的电流值可通

过转矩曲线计算得出，并与变频器限流进行比较。电机的额定

电流给出某种指示。不过，这并非总是可能达到的最佳选型标

准，譬如，原因是电机可能被降额了（环境温度、危险区域

等）。

在选择变频器之前必须检查可用的电源电压。电源电压变化会

影响可用的电机轴功率。如果电源电压低于额定电压，那么弱

磁点会转向更低频率，并且在弱磁范围内电机最大的可用转矩

减小。

最大可用转矩通常受到变频器的限制。必须已经在电机选型阶

段考虑到这一点。变频器限制电机转矩的时间可能比电机制造

商数据表中所述的更早。

另外，最大可用转矩还受到系统中的变压器、电抗器、电缆的

影响，因为它们会造成压降，从而导致最大可用转矩可能会下

降。系统的功率损耗也需要由变频器额定值予以补偿。

3. 传动系统的选型

你知道吗？

每台ACS580传动都配备内置滤波器，以减少高频发射量。壁挂式传动符合EMC产品标准（EN 61800-3）C2类要求，不带外部滤波器的传动模块和柜体式传动符合C3类要求。

电磁兼容性标准

在欧盟，电磁兼容性产品标准（EN 61800-3）涉及面向传动所

述的特定的电磁兼容性要求（配合电机及电机线缆经过测

试）。EN 55011或EN 61000-6-3/4等电磁兼容性标准适用于工

业和家庭设备及系统，包括传动内部组件。符合EN 61800-3要求的传动设备符合EN 55011和EN 61000-6-3/4中的可比类别，

但反之则不一定。EN 55011和EN 61000-6-3/4不指定电缆长度

或要求电机作为负载连接。根据下表，排放限制与电磁兼容性标

准相差无几。

家庭环境与公共低压电网

第一类环境包括住宅楼宇。它也包括不配备中间变压器，直接

接入为住宅楼宇供电的低压供电网的机构。第二类环境包括直

接接入公共低压供电网的所有机构。

ACS580 技术电子书 19

接下来，泵机和风机应用选型中的一些阶段如下所列：

– 检查转速范围并计算最高转速时的功率。

– 查看是否需要起动转矩。

– 选择电机的极数。最经济的工作频率通常处于弱磁范围。

– 选择电机功率，以便在最大转速时功率是可用的。记得热负

载能力。

– 选择变频器。利用泵机和风机额定值。如果未提供泵机和风

机额定值，则根据电机电流曲线选择变频器。

示例

一台泵有150kW的负载，转速2000rpm。无需起动转矩。为该

应用选择适用的电机。

解决方案

2000 rpm时必要的转矩为：

通过查看图2-11，似乎两极或四极电机是合适的选择。

图2-11 泵机和风机应用的电机负载能力曲线。比较 1) 两极电机和2) 四极电机。

1) 电机极数=2 根据图2-13，对于两极电机，根据负载能力曲线2000 rpm时

的负载能力大约为95%。电机额定转矩必须至少为：

选择250 kW（400 V，431 A，50 Hz，2975 rpm和0.87）电机。

电机额定转矩为：

3. 传动系统的选型

接下来，让我们更详细地介绍几个实例。本节介绍三个选型问题示例及其详细的解决方案。每个问题都有不同类型的电机负载能

力曲线，目的是为每个应用找到最适用的电机。

平方转矩：泵机和风机应用示例

ACS580 技术电子书20

选择250 kW（400 V，431 A，50 Hz，2975 rpm和0.87）电

机。电机额定转矩为：

2000 rpm转速时的电机电流（恒磁通范围）约为：

那么，变频器的最小连续电流为384 A。

2) 电机极数=4根据图2-13，对于四极电机，2000 rpm时的负载能力为75%。

电机的最小额定转矩为：

四极电机的最小功率为：

160 kW电机（400 V，305 A，50 Hz，1480 rpm和0.81）符合

条件。在转速2000 rpm时的估计电流（66.7 Hz）为：

如果所选变频器的额定电流接近估计的电机电流，那么应该计

算出确切的电流。

四极电机在泵工作点需要更小的电流。因此，四电机或许是相

比两级电机而言更经济的选择。

恒转矩：挤出机应用示例

下面列出的是恒转矩应用选型的一些阶段：

– 核查转速范围。

– 查看所需的恒转矩。

– 核查可能的加速情况。如果需要加速，检查转动惯量。

– 检查所需的可能的起动转矩。

– 选择电机，以便转矩低于热负载能力曲线（独立/自冷式？）。

通常，电机的额定转速处于所用转速范围的中间位置。

– 根据选型电流选择适用达到变频器。

3. 传动系统的选型

ACS580 技术电子书 21

示例

挤出机转速范围300-1200 rpm。1200 rpm时的负载为48 KW。需要的起动转矩为200 Nm。从零转速加速至1200 rpm的

时间为10秒。电机为自冷式，额定电压为400 V。为该应用选

择一台适用的电机。

解决方案

恒转矩要求为：

适用的电机为四极或六极电机。

图2-12恒转矩应用的电机负载能力曲线。比较1) 四极电机和2) 6极电机。

3. 传动系统的选型

1) 电机极数=4 根据图2-14，在300 rpm转速时，热负载能力为80%。估算的最

小额定转矩为：

电机最小额定功率为：

譬如，适用的电机为75 kW（400 V，146 A，50 Hz，1473 rpm和0.82）电机。电机额定转矩为：

电机电流约为（T/Tn ≈ 0.8）：

根据计算得出的电机电流，可选择适用的变频器，用于恒转矩。

对该电机，起动转矩要求（200 Nm）不成问题。

如果电机的惯性矩为0.72 kgm2，加速时的动态转矩为：

因而，加速过程中的总转矩为391 Nm，低于电机的额定转矩。

ACS580 技术电子书22

2) 电机极数=6根据图2-14，在转速300 rpm和1200 rpm时，电机负载能力为

84%。因而，六极电机的最小额定转矩为：

电机额定功率的最小值为

譬如，适用的电机可能是55 kW（400 V，110 A，50 Hz，984 rpm和0.82）电机。电机额定转矩为：

可在1200 rpm转速时估算选型电流：

变频器的额定（连续）电流必须高于96 A。

起动转矩要求低于电机的额定转矩。

如果电机的惯性矩为1.2 kgm2，那么加速时的动态转矩为：

在加速过程中所需的总转矩为397 Nm，低于电机的额定转

矩。

六极电机电流比四极电机的小19A。变频器/电机的最终选择取

决于电机和变频器外形尺寸和价格。

恒功率：卷曲应用示例

接下来，列出的是恒功率应用选型的一些阶段：

– 检查转速范围。

– 计算所需的功率。卷曲是典型恒功率应用。

– 电机选型要充分利用其弱磁区。

示例

拉丝机受变频器的控制。卷轴的表面速度为12 m/s，张力是

5700 N。卷轴的直径为630 mm（空轴）和1250（满轴）。有一

个变速箱，变速比n2:n1 = 1:7.12，变速箱的效率为0.98。为该应

用选择适用的电机和变频器。

3. 传动系统的选型

ACS580 技术电子书 23

解决方案

卷曲的基本原理是随着卷径的变化保持表面的速度和张力恒定。

图2-13 卷曲的基本示意图。

在直线运动中，功率为：P = Fv

在旋转运动中，功率为：P = Tw

表面速度与角速度之间的关系为：

转矩是力和半径的乘积：T = Fr

通过利用上述公式，可选择电机：

在选择电机之前必须考虑变速箱。转速、转矩和功率必须要减

小：

1) 电机极数=2 如果选用两极电机，在转速1305 rpm时的负载能力约为88%，

在2590 rpm时为97%。电机的最小额定功率为：

选择200 kW（400 V，353 A，50 Hz，2975 rpm和0.86）电

机。电机额定转矩为：

根据转矩511 Nm计算选型电流：

2) 电机极数=4 如果选用四极电机，在转速1305 rpm时的负载能力约为98%，

在2590 rpm时约为60%。电机的最小额定功率为：

选择90 kW（400 V，172 A，50 Hz，1473 rpm和0.83）电机。

电机额定转矩为：

在本例中，根据1305 rpm时的电机电流完成选型。电机电流为：

2极电机的弱磁区没有被利用 (恒功率)，这会导致选型过大。在

这个应用中4极电机是更好的选择。

3. 传动系统的选型

ACS580 技术电子书24

4. 通过ACS580通用型传动轻松确保安全

简介

新的传动技术以及将要求和市场上所用术语统一起来的标准

化，使以前部署机器安全系统的复杂工作变得更简单易行。近

来的技术进步使得更安全的运行变得更简便，与此同时，带来

提高生产率和延长正常运行时间的振奋人心的新潜力。

除ACS580的内置安全功能外，ABB还提供大量安全解决方

案，充分满足您的过程需求。这是经济划算的解决方案，确保

实现更安全的机器设计和维护。ABB已为您完成所有的标准化

工作，做好充分准备，以便您在满足适当的安全需求时少些麻

烦，同时达到省时、省钱的目的。

安全转矩取消（STO）

安全转矩取消（STO）功能可以使传动安全地达到无转矩状态

（譬如急停），并且/或者防止偶然的意外起动。此功能是基

于传动的集成功能性安全的必要基础。因此，STO作为电子安

全功能内置于传动，用作继电器和接触器等硬接线逻辑附件这

些传统机电方法的替代选择。STO功能的逻辑如图4-1所示。

|n|

0t

Function requested

图4-1 安全转矩取消功能

你知道吗？

每台ACS580传动都有内置STO功能，使传动可以安全地达到无转矩状态，或防止偶然的意外起动。

譬如，STO功能可保证维护和清洁工作的安全进行。尽管会有人员在机器近旁，STO能防止意外起动。与此同时，传动和总线之间的通讯仍可正常工作。

标准化的安全功能

EN 61800-5-2标准包括对众多安全功能的定义。许多传动内

置STO功能，作为标配，强调ABB致力于基于传动的功能性安

全。ACS580传动系列是在传动中集成安全的很好的例子，STO作为标配功能，而可选的SIL 3或PL e等级安全功能模块能提供额

外的安全功能。

功能性安全设计工具

在安全设计人员工作中最初的重点任务之一是进行风险分析，

旨在确定机器需要实施安全的方面，然后决定需要通过哪个安

全级别和功能确保机器安全。为了使这项工作更轻松，机器制

造商、OEM和系统集成商可借助于ABB的功能性安全设计工具

（FSDT-01）按照机械标准EN IEC 62061和EN ISO 13849-1，利

用一种非常合乎逻辑的分步法计算、验证和记录所要求、设计和

实现的安全完整性等级（SIL）或性能等级（PL） 。

ACS580 技术电子书 25

备注

ACS580 技术电子书26

备注

ACS580 技术电子书 27

备注

联系我们

北京ABB电气传动系统有限公司

中国，北京，100015北京市朝阳区酒仙桥北路甲10号401楼电话：+86 10 58217788传真：+86 10 5821761824小时x365天技术热线：+86 400 810 8885网址：www.abb.com/ACS580 www.abb.com/drives www.abb.com/drivespartners www.abb.com/motors&generators

上海办事处

中国 上海市 200001

上海市黄浦区蒙自路763号丰盛创建大厦16层

电话：+86 21 2328 8888

传真：+86 21 2328 8678

沈阳办事处

中国 辽宁省沈阳市 110001

和平区南京北街206号假日城市广场2座16层

电话：+86 24 3132 6688

传真：+86 24 3132 6699

乌鲁木齐办事处

中国 新疆乌鲁木齐市 830002

中山路339号中泉广场国家开发银行大厦6B

电话：+86 991 283 4455

传真：+86 991 281 8240

重庆办事处

中国 重庆市 400021

北部新区星光大道62号海王星科技大厦A区6层

电话：+86 023 6788 5732

传真：+86 023 6280 5369

深圳办事处

中国 广东省深圳市 518031

深圳市福田区华富路1018号中航中心1504A

电话：+86 755 8831 3038

传真：+86 755 8831 3033

杭州办事处

中国 浙江省杭州市 310000

杭州市钱江路1366号华润大厦A座8层

电话：+86 571 8763 3967

传真：+86 571 8790 1151

长沙办事处

中国 湖南省长沙市 410005

黄兴中路88号平和堂商务楼12B01

电话：+86 731 8268 3005

传真：+86 731 8444 5519

广州办事处

中国 广州市 519623

珠江新城珠江西路15号珠江城大厦29楼01-06A单元

电话：+86 20 3785 0688

传真：+86 20 3785 0608

成都办事处

中国 四川省成都市 610041

人民南路四段三号来福士广场T1-8层

电话：+86 28 8526 8800

传真：+86 28 8526 8900

厦门办事处

中国 福建省厦门市 361009

湖里火炬高新区信息光电园围里路559号

电话：+86 592 630 3058

传真：+86 592 630 3531

昆明办事处

中国 云南省昆明市 650032

昆明市崇仁街1号东方首座2404室

电话：+86 871 6315 8188

传真：+86 871 6315 8186

郑州办事处

中国 河南省郑州市 450007

中原中路220号裕达国际贸易中心A座1006室

电话：+86 371 6771 3588

传真：+86 371 6771 3873

贵阳办事处

中国 贵州省贵阳市 550022

观山湖区金阳南路6号世纪金源购物中心5号楼10层

电话：+86 851 8221 5890

传真：+86 851 8221 5900

西安办事处

中国 陕西省西安市 710075

西安市经济技术开发区文景路中段158号3层

电话：+86 29 8575 8288

传真：+86 29 8575 8299

武汉办事处

中国 湖北省武汉市 430060

武昌区临江大道96号武汉万达中心21层

电话：+86 27 8839 5888

传真：+86 27 8839 5999

福州办事处

中国 福建省福州市 350028

仓山万达广场A1座706-709室

电话：+86 591 8785 8224

传真：+86 591 8781 4889

哈尔滨办事处

中国 黑龙江省哈尔滨市 150090

哈尔滨市南岗区长江路99-9号辰能大厦14层

电话：+86 451 5556 2291

传真：+86 451 5556 2295

兰州办事处

中国 甘肃省兰州市 730030

兰州市城关区张掖路87号中广大厦23楼

电话：+86 931 818 6466

传真：+86 931 818 6755

济南办事处

中国 山东省济南市 250011

泉城路17号华能大厦6楼8601室

电话：+86 531 8609 2726

传真：+86 531 8609 2724

全国各地区销售代表处联系方式

© C

opyr

ight

201

6 A

BB。

版权

所有

，技

术规

格如

有变

更，

恕不

另行

通知

。3A

BD

0005

0988

版本

A 2

016.

12