變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速原理

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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元,、檢測(cè)單元微處理單元等組成的,。

本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī),。感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率,。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的,。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2,，4,，6），所以一般不適和通過(guò)改變?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度,。

另外,，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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，是作為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備,。

結(jié)論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法,。

如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過(guò)電壓（過(guò)勵(lì)磁）,，導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞,。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí),，電壓卻不可以繼續(xù)增加,，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。

工頻電源：由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源）,。

起動(dòng)電流：當(dāng)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),，變頻器的輸出電流。

變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng),。

電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大,，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些,。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流,。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的,，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些,。

通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小,。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說(shuō)明。

通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器,，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足,，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。

1,、當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí),，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低

通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的,，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.(T=Te,P<=Pe)

變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí),，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降,。

當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮,，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。

舉例,，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2,。

因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速(P=Ue*Ie)。

2,、變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況

大家知道,，對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來(lái)說(shuō)，其額定電壓和額定電流是不變的,。

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

當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí),，變頻器的輸出電壓為380V,，電流為30A。這時(shí)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(diào)速,。

這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢,？

因?yàn)镻=wT（w：角速度，T：轉(zhuǎn)矩）,。因?yàn)镻不變,，w增加了，所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小,。

我們還可以再換一個(gè)角度來(lái)看:

電機(jī)的定子電壓U=E I*R（I為電流,，R為電子電阻，E為感應(yīng)電勢(shì)）

可以看出,，U,、I不變時(shí)，E也不變,。

而E=k*f*X,，（k：常數(shù)，f：頻率,，X：磁通）,，所以當(dāng)f由50-->60Hz時(shí),，X會(huì)相應(yīng)減小。

對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō),，T=K*I*X,，(K：常數(shù)，I：電流,，X：磁通）,，因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小。

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

結(jié)論：當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小,。

3,、其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素

發(fā)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(zhuǎn)矩能力,。

載波頻率：一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率,，最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值。降低載波頻率,，電機(jī)的電流不會(huì)受到影響,。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。

環(huán)境溫度：就象不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值.

海拔高度：海拔高度增加,，對(duì)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,。

4,、矢量控制是怎樣改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？

*1:轉(zhuǎn)矩提升

此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時(shí)）,，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失,，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)

使用矢量控制,，可以使電機(jī)在低速,如(無(wú)速度傳感器時(shí))1Hz（對(duì)4極電機(jī),，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。

對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加,，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足,，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足,，變頻器中需要通過(guò)提高電壓,，來(lái)補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做轉(zhuǎn)矩提升（*1）,。

轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓,。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高,。因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）,。

矢量控制把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值,。

矢量控制可以通過(guò)對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償,，在不增加電流的情況下,，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效,。

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