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變頻器是怎樣控制電機轉動的?
發布時間:2018-11-7

      變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。

1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變?

電機旋轉速度單位:r/min   每分鐘旋轉次數,也可表示為rpm.  

例如:2極電機 50Hz 3000 [r/min];4極電機 50Hz 1500 [r/min] 

結論:電機的旋轉速度同頻率成比例  

感應式交流電機(以后簡稱為電機)的旋轉速度近似地確決于電機的極數和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由于該極數值不是一個連續的數值(為2的倍數,例如極數為2,4,6),所以一般不適和通過改變該值來調整電機的速度。  

另外,頻率能夠在電機的外面調節后再供給電機,這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。  

因此,以控制頻率為目的的變頻器,是做為電機調速設備的優選設備。  

n = 60f/p  

n: 同步速度  

f: 電源頻率  

p: 電機極對數 

結論:改變頻率和電壓是最優的電機控制方法

如果僅改變頻率而不改變電壓,頻率降低時會使電機出于過電壓(過勵磁),導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時,電壓卻不可以繼續增加,最高只能是等于電機的額定電壓。  

例如:為了使電機的旋轉速度減半,把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz,這時變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V 。 

2. 當電機的旋轉速度(頻率)改變時,其輸出轉矩會怎樣?

變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大,而當使用變頻器供電時,這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時,變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的,所以電機起動電流和沖擊要小些。  

通常,電機產生的轉矩要隨頻率的減?。ㄋ俁冉檔停┒跣?。減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。

通過使用磁通矢量控制的變頻器,將改善電機低速時轉矩的不足,甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。

3. 當變頻器調速到大于50Hz頻率時,電機的輸出轉矩將降低

通常的電機是按50Hz電壓設計制造的,其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te, P<=Pe)  

變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時,電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。  

當電機以大于50Hz頻率速度運行時,電機負載的大小必須要給予考慮,以防止電機輸出轉矩的不足。  

舉例,電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。  

因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速。(P=Ue*Ie)  

4. 變頻器50Hz以上的應用情況

大家知道, 對一個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的。  

如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上。  

當轉速為50Hz時, 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調速。

這時的轉矩情況怎樣呢?

因為P=wT (w:角速度, T:轉矩)。因為P不變, w增加了, 所以轉矩會相應減小。

我們還可以再換一個角度來看 

電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應電勢)  

可以看出, U,I不變時, E也不變。

E = k*f*X, (k:常數, f: 頻率, X:磁通), 所以當f由50-->60Hz時, X會相應減小  

對于電機來說, T=K*I*X, (K:常數, I:電流, X:磁通), 因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小。

同時, 小于50Hz時, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時, 磁通(X)為常數。轉矩T和電流成正比。這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力。并稱為恒轉矩調速(額定電流不變-->最大轉矩不變)

結論:當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時, 電機的輸出轉矩會減小。

5. 其他和輸出轉矩有關的因素

發熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力,從而影響變頻器的輸出轉矩能力。  

載波頻率: 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環境溫度下能保證持續輸出的數值. 降低載波頻率, 電機的電流不會受到影響。但元器件的發熱會減小。  

環境溫度:就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器?;さ緦髦?。 

海拔高度: 海拔高度增加, 對散熱和絕緣性能都有影響。一般1000m以下可以不考慮。以上每1000米降容5%就可以了。

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