變頻器控(kong)制電機(ji)轉(zhuan)速(su)原理(li)

變頻器主要由整流(liu)（交流(liu)變(bian)直(zhi)流(liu)）、濾波、再次(ci)整流(liu)（直(zhi)流(liu)變(bian)交流(liu)）、制動單(dan)元(yuan)(yuan)、驅(qu)動單(dan)元(yuan)(yuan)、檢測單(dan)元(yuan)(yuan)微處理單(dan)元(yuan)(yuan)等組(zu)成的。

本文中(zhong)(zhong)所(suo)指(zhi)的(de)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)為(wei)感(gan)應(ying)式交流電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)，在工業中(zhong)(zhong)所(suo)使用的(de)大部分(fen)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)均為(wei)此類型電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)。感(gan)應(ying)式交流電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)（以后簡稱(cheng)為(wei)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)）的(de)旋轉速度(du)近似地確決于電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)極數(shu)(shu)和頻率。由電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)工作原理決定電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)極數(shu)(shu)是固定不(bu)變的(de)。由于該極數(shu)(shu)值不(bu)是一個連續(xu)的(de)數(shu)(shu)值（為(wei)2的(de)倍數(shu)(shu)，例如極數(shu)(shu)為(wei)2，4，6），所(suo)以一般不(bu)適和通過(guo)改變該值來調整電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)速度(du)。

另外，頻率能夠(gou)在電機的外面調節后再(zai)供給電機，這(zhe)樣(yang)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(de)的(de)變頻器，是作為電機調(diao)速(su)設備的(de)優選設備。

結論：改(gai)變頻(pin)率和電壓(ya)是最優的電機(ji)控制方法。

如果僅改(gai)變(bian)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)而不(bu)改(gai)變(bian)電(dian)壓，頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)降低時會使電(dian)機出(chu)于過電(dian)壓（過勵磁），導致(zhi)電(dian)機可能(neng)被(bei)燒壞。因此變(bian)頻(pin)(pin)器在改(gai)變(bian)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的同時必(bi)須要(yao)同時改(gai)變(bian)電(dian)壓。輸出(chu)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)在額(e)定頻(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)以上時，電(dian)壓卻不(bu)可以繼(ji)續增加，最高只(zhi)能(neng)是等于電(dian)機的額(e)定電(dian)壓。

工頻電源(yuan)：由電網提供的動力電源(yuan)（商用電源(yuan)）。

起動(dong)電流(liu)(liu)：當(dang)電機開始(shi)運(yun)轉時，變頻器的輸出電流(liu)(liu)。

變頻(pin)器驅動時的起(qi)動轉(zhuan)矩和(he)最大轉(zhuan)矩要小于直接用工頻(pin)電源(yuan)驅動。

電(dian)機在工(gong)頻(pin)電(dian)源(yuan)供電(dian)時起動和加速沖擊很大，而(er)當(dang)使(shi)用變頻(pin)器(qi)供電(dian)時，這些沖擊就(jiu)要弱一些。工(gong)頻(pin)直(zhi)接起動會產生一個大的起動起動電(dian)流(liu)。而(er)當(dang)使(shi)用變頻(pin)器(qi)時，變頻(pin)器(qi)的輸出電(dian)壓(ya)和頻(pin)率(lv)是(shi)逐漸加到(dao)電(dian)機上的，所以電(dian)機起動電(dian)流(liu)和沖擊要小些。

通常，電機產生的(de)(de)轉矩要隨頻(pin)率的(de)(de)減小（速度降低(di)）而(er)減小。減小的(de)(de)實(shi)際數據在有的(de)(de)變頻(pin)器(qi)手冊中會給出(chu)說明。

通過使用磁通矢量控(kong)制的(de)變頻(pin)器，將(jiang)改(gai)善電機低(di)速時轉矩的(de)不足，甚至在低(di)速區電機也(ye)可輸(shu)出足夠的(de)轉矩。

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1、當變頻器調速到大于50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低

通(tong)常的(de)電(dian)機是按50Hz電(dian)壓設計(ji)制造的(de)，其額(e)定(ding)轉矩也是在這個電(dian)壓范圍(wei)內給出的(de)。因此在額(e)定(ding)頻率(lv)之(zhi)下的(de)調速(su)稱為恒(heng)轉矩調速(su).(T=Te,P<=Pe)

變(bian)頻(pin)器輸出頻(pin)率大于50Hz頻(pin)率時，電機產生的轉矩要以和頻(pin)率成反比的線性關系下降(jiang)。

當(dang)電機以大(da)于50Hz頻率速度運行(xing)時，電機負(fu)載的(de)(de)大(da)小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉(zhuan)矩(ju)的(de)(de)不足(zu)。

舉例，電(dian)機(ji)在100Hz時產生的轉(zhuan)矩(ju)大約要降低(di)到50Hz時產生轉(zhuan)矩(ju)的1/2。

因此在額(e)定頻率之上(shang)的調速(su)(su)稱為恒功率調速(su)(su)(P=Ue*Ie)。

2、變頻器50Hz以上的應用情況

大(da)家知道(dao)，對(dui)一(yi)個特定的(de)電機來說，其額定電壓和額定電流(liu)是不變的(de)。

如(ru)變(bian)頻器和電機額(e)定值都是(shi)：15kW/380V/30A，電機可(ke)以工作在50Hz以上(shang)。

當轉速為50Hz時，變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)(shu)出電壓為380V，電流為30A。這時如(ru)果增(zeng)大輸(shu)(shu)出頻(pin)率(lv)到60Hz，變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)的(de)最大輸(shu)(shu)出電壓電流還只能(neng)為380V/30A。很顯然輸(shu)(shu)出功(gong)率(lv)不變(bian)(bian)，所以我們稱之(zhi)為恒功(gong)率(lv)調速。

這(zhe)時的轉(zhuan)矩情況(kuang)怎(zen)樣呢？

因為P=wT（w：角(jiao)速度，T：轉矩）。因為P不變，w增加了，所(suo)以轉矩會相應(ying)減小。

我們(men)還(huan)可以再換一個角度來看:

電(dian)機的定(ding)子(zi)(zi)電(dian)壓U=E+I*R（I為電(dian)流，R為電(dian)子(zi)(zi)電(dian)阻，E為感(gan)應電(dian)勢）

可以看出，U、I不變時，E也不變。

而E=k*f*X，（k：常數(shu)，f：頻率，X：磁通），所以(yi)當f由50-->60Hz時，X會相(xiang)應減(jian)小。

對于電(dian)機來說，T=K*I*X，(K：常數，I：電(dian)流(liu)，X：磁通），因此轉(zhuan)矩T會(hui)跟著磁通X減小而減小。

同(tong)時，小(xiao)于50Hz時，由于I*R很小(xiao)，所以U/f=E/f不變時，磁通(X)為(wei)常(chang)(chang)數(shu)。轉矩T和電(dian)流(liu)成正比(bi)。這也(ye)就是為(wei)什么通常(chang)(chang)用(yong)變頻器的(de)過(guo)流(liu)能(neng)力(li)來描述(shu)其(qi)過(guo)載(轉矩)能(neng)力(li)。并(bing)稱為(wei)恒轉矩調速(額定電(dian)流(liu)不變-->最大(da)轉矩不變)。

結論：當(dang)變頻(pin)器輸(shu)(shu)出頻(pin)率從50Hz以上(shang)增加(jia)時，電機的(de)輸(shu)(shu)出轉矩會(hui)減小。

3、其他和輸出轉矩有關的因素

發(fa)熱(re)和散(san)熱(re)能(neng)(neng)力(li)決定變頻器的輸出電流能(neng)(neng)力(li)，從而影響變頻器的輸出轉矩能(neng)(neng)力(li)。

載波頻(pin)率(lv)：一般變頻(pin)器所(suo)標的額定(ding)電(dian)(dian)流都(dou)是(shi)以最高(gao)載波頻(pin)率(lv)，最高(gao)環境(jing)溫度下能(neng)保證(zheng)持(chi)續輸出(chu)的數值。降低載波頻(pin)率(lv)，電(dian)(dian)機的電(dian)(dian)流不會受到影響。但(dan)元器件的發熱(re)會減小(xiao)。

環境溫度：就象不會因為檢測到周(zhou)圍溫度比較低時就增大(da)變頻器保護電流值.

海(hai)拔高(gao)度(du)：海(hai)拔高(gao)度(du)增加(jia)，對散(san)熱和絕緣性(xing)能都有影響。一(yi)般1000m以下(xia)可(ke)以不考慮。以上每1000米降容(rong)5%就(jiu)可(ke)以了(le)。

4、矢量控制是怎樣改善電機的輸出轉矩能力的？

*1:轉矩提升

此(ci)功能增加變頻器的(de)輸出電壓（主要是(shi)低頻時），以(yi)補償定子電阻上電壓降引起的(de)輸出轉矩損失，從而改善電機的(de)輸出轉矩。

改善電機低速輸出(chu)轉矩不足的(de)技(ji)術

使(shi)用矢量控制，可以使(shi)電機(ji)(ji)在低(di)速(su),如(無(wu)速(su)度傳感器時(shi))1Hz（對4極電機(ji)(ji)，其轉(zhuan)(zhuan)速(su)大約(yue)為30r/min）時(shi)的(de)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)(zhuan)矩可以達到(dao)電機(ji)(ji)在50Hz供電輸(shu)出(chu)的(de)轉(zhuan)(zhuan)矩（最大約(yue)為額定(ding)轉(zhuan)(zhuan)矩的(de)150％）。

對于(yu)常規的(de)(de)(de)V/F控制，電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓降(jiang)(jiang)隨著電(dian)(dian)機(ji)速(su)度的(de)(de)(de)降(jiang)(jiang)低(di)而相對增加，這(zhe)就導致由于(yu)勵(li)磁不足，而使電(dian)(dian)機(ji)不能獲得(de)足夠的(de)(de)(de)旋轉力。為(wei)了補償這(zhe)個不足，變頻器中需(xu)要通(tong)過提高電(dian)(dian)壓，來(lai)補償電(dian)(dian)機(ji)速(su)度降(jiang)(jiang)低(di)而引起(qi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓降(jiang)(jiang)。變頻器的(de)(de)(de)這(zhe)個功(gong)能叫做轉矩提升（*1）。

轉矩提升功能是提高變頻器的輸出電(dian)壓。然而即(ji)使提高很多(duo)輸出電(dian)壓，電(dian)機(ji)(ji)轉(zhuan)矩(ju)并不能和(he)其(qi)電(dian)流相對應(ying)的提高。因為(wei)電(dian)機(ji)(ji)電(dian)流包含(han)電(dian)機(ji)(ji)產生的轉(zhuan)矩(ju)分(fen)量和(he)其(qi)它(ta)分(fen)量（如勵(li)磁分(fen)量）。

矢量(liang)控(kong)制把(ba)電(dian)機(ji)的(de)電(dian)流值(zhi)進行分(fen)(fen)配，從而確定產(chan)生轉矩的(de)電(dian)機(ji)電(dian)流分(fen)(fen)量(liang)和其它電(dian)流分(fen)(fen)量(liang)（如勵(li)磁分(fen)(fen)量(liang)）的(de)數(shu)值(zhi)。

矢(shi)量控制可(ke)以通過對(dui)電機端的(de)電壓降的(de)響應，進行優化補償，在不增加電流的(de)情況下(xia)，允許電機產出大的(de)轉矩。此功(gong)能對(dui)改善電機低速時溫升也有效(xiao)。