變頻器控制電機轉速的方法

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麼能夠自由地改變？

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（以後簡稱為電機）的旋轉速度近似地取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），所以一般不適合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

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：就像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。

文章來源：工控論壇

文章整理：北京優利威