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變頻器控制電機轉速的原理
2019-12-14 12:22:13 洛陽力為機械科技有限公司 點擊數232

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? 
*1: r/min 
電機旋轉速度單位: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 
本文中所指的電機為感應式交流電機,在工業中所使用的大部分電機均為此類型電機。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:改變頻率和電壓是較優的電機控制方法 
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,較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? 
*1: 工頻電源 
由電網提供的動力電源(商用電源) 
*2: 起動電流 
當電機開始運轉時,變頻器的輸出電流 
變頻器驅動時的起動轉矩和較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, 變頻器的較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. 
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-->較大轉矩不變)

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