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變頻器如何控制電機轉速?

發布時間:2021-03-26 17:00人氣:

變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(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? 

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  

如果僅改變頻率而不改變電壓,頻率降低時會使電機處于過電壓(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?。ㄋ俣冉档停┒鴾p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。

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