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變頻器是如何控制電機轉速的?

發布時間:2018-04-19來源:點擊:1654

變頻器是如何控制電機轉速的?

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.


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-->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.

來源:電工電氣聯盟


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