變頻器是怎樣控制電機轉速的

2020-11-27 電子產品世界

1.電機的旋轉速度為什麼能夠自由地改變?

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/386095.htm

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50Hz3000[r/min]

4極電機50Hz1500[r/min]

結論：電機的旋轉速度同頻率成比例

感應式交流電機(以後簡稱為電機)的旋轉速度近似地確決於電機的極數和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由於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後再供給電機，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於過電壓(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，最高只能是等於電機的額定電壓。

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於直接用工頻電源驅動

電機在工頻電源供電時起動和加速衝擊很大，而當使用變頻器供電時，這些衝擊就要弱一些。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衝擊要小些。

通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。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.當變頻器調速到大於50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低

通常的電機是按50Hz電壓設計製造的，其額定轉矩也是在這個電壓範圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恆轉矩調速.(T=Te,P=Pe)

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

當電機以大於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恆功率調速.(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.所以我們稱之為恆功率調速.

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.

而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

對於電機來說,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,小於50Hz時,由於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.這也就是為什麼通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力.並稱為恆轉矩調速(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保護電流值.

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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