變頻器控制電機(ji)轉速原理(li)

變頻器主要(yao)由整流(liu)（交流(liu)變直流(liu)）、濾波、再次整流(liu)（直流(liu)變交流(liu)）、制動單元、驅動單元、檢(jian)測(ce)單元微處(chu)理單元等(deng)組成的(de)。

本文(wen)中所指的(de)(de)電(dian)機(ji)為感(gan)應(ying)式交流(liu)(liu)電(dian)機(ji)，在工(gong)業中所使用的(de)(de)大部分電(dian)機(ji)均為此(ci)類(lei)型電(dian)機(ji)。感(gan)應(ying)式交流(liu)(liu)電(dian)機(ji)（以(yi)后簡稱為電(dian)機(ji)）的(de)(de)旋(xuan)轉速(su)度近似(si)地確決于(yu)電(dian)機(ji)的(de)(de)極數和頻率。由電(dian)機(ji)的(de)(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理決定(ding)電(dian)機(ji)的(de)(de)極數是固定(ding)不(bu)變(bian)的(de)(de)。由于(yu)該極數值(zhi)不(bu)是一(yi)個連(lian)續的(de)(de)數值(zhi)（為2的(de)(de)倍(bei)數，例(li)如極數為2，4，6），所以(yi)一(yi)般不(bu)適和通過改(gai)變(bian)該值(zhi)來調整電(dian)機(ji)的(de)(de)速(su)度。

另外(wai)，頻(pin)率能夠在(zai)電(dian)機的(de)外(wai)面調節后再供給(gei)電(dian)機，這樣(yang)電(dian)機的(de)旋轉速度(du)就可以被自(zi)由的(de)控制。

因此，以控制頻率(lv)為(wei)目的(de)的(de)變頻器，是(shi)作為(wei)電機調速設備的(de)優(you)選設備。

結論：改(gai)變頻率和電(dian)壓(ya)是最優(you)的電(dian)機(ji)控制方法。

如果僅改變(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)而不改變(bian)(bian)電(dian)(dian)壓，頻(pin)(pin)(pin)率(lv)降(jiang)低時會使(shi)電(dian)(dian)機出(chu)于(yu)過電(dian)(dian)壓（過勵磁(ci)），導致電(dian)(dian)機可能被(bei)燒壞(huai)。因此變(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)器在(zai)改變(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)同時必須(xu)要同時改變(bian)(bian)電(dian)(dian)壓。輸出(chu)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)在(zai)額定(ding)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)以上(shang)時，電(dian)(dian)壓卻(que)不可以繼續(xu)增(zeng)加，最高只能是等(deng)于(yu)電(dian)(dian)機的(de)(de)額定(ding)電(dian)(dian)壓。

工頻電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)：由電(dian)(dian)網(wang)提供的動(dong)力電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)（商用電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)）。

起動電(dian)流：當(dang)電(dian)機(ji)開(kai)始運轉(zhuan)時(shi)，變頻器的(de)輸出電(dian)流。

變頻器驅動時的起動轉(zhuan)矩和最(zui)大轉(zhuan)矩要小于直接用工頻電(dian)源驅動。

電(dian)(dian)機在工(gong)(gong)頻電(dian)(dian)源供電(dian)(dian)時(shi)起(qi)動(dong)(dong)(dong)和加(jia)速沖(chong)擊很大(da)，而當使用變頻器供電(dian)(dian)時(shi)，這些(xie)(xie)沖(chong)擊就要弱一(yi)些(xie)(xie)。工(gong)(gong)頻直接起(qi)動(dong)(dong)(dong)會產(chan)生一(yi)個大(da)的起(qi)動(dong)(dong)(dong)起(qi)動(dong)(dong)(dong)電(dian)(dian)流。而當使用變頻器時(shi)，變頻器的輸出電(dian)(dian)壓和頻率是逐漸加(jia)到(dao)電(dian)(dian)機上的，所以電(dian)(dian)機起(qi)動(dong)(dong)(dong)電(dian)(dian)流和沖(chong)擊要小些(xie)(xie)。

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(shu)據(ju)在有的變頻器手冊中會(hui)給出說明(ming)。

通(tong)過使用磁通(tong)矢量控(kong)制的變(bian)頻器，將(jiang)改善電機低速時轉(zhuan)矩的不足，甚至在低速區電機也可(ke)輸出足夠的轉(zhuan)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

通常的電機是(shi)(shi)按50Hz電壓設計制造(zao)的，其額定(ding)轉(zhuan)矩(ju)也是(shi)(shi)在這個電壓范(fan)圍內給出的。因此(ci)在額定(ding)頻率(lv)之下的調速稱為恒轉(zhuan)矩(ju)調速.(T=Te,P<=Pe)

變頻(pin)器輸(shu)出(chu)頻(pin)率大于50Hz頻(pin)率時(shi)，電機產生(sheng)的轉矩(ju)要(yao)以和頻(pin)率成反比的線性關(guan)系下降。

當電(dian)機以(yi)大于50Hz頻(pin)率速度運行時(shi)，電(dian)機負載的大小(xiao)必須要給(gei)予考(kao)慮，以(yi)防(fang)止電(dian)機輸出(chu)轉矩的不足(zu)。

舉例，電(dian)機在100Hz時產生的轉(zhuan)矩大約要降低到(dao)50Hz時產生轉(zhuan)矩的1/2。

因此在額定頻率(lv)(lv)之上的調(diao)速(su)稱為恒功率(lv)(lv)調(diao)速(su)(P=Ue*Ie)。

2、變頻器50Hz以上的應用情況

大家知道，對(dui)一個特定的(de)電機(ji)來說，其額定電壓和額定電流(liu)是不變的(de)。

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(shi)，變頻(pin)器的(de)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓(ya)為380V，電(dian)流為30A。這時(shi)如果增大輸(shu)(shu)出(chu)(chu)頻(pin)率到60Hz，變頻(pin)器的(de)最(zui)大輸(shu)(shu)出(chu)(chu)電(dian)壓(ya)電(dian)流還(huan)只(zhi)能為380V/30A。很顯然輸(shu)(shu)出(chu)(chu)功率不(bu)變，所以我們稱之為恒(heng)功率調速。

這時的轉矩情況怎樣呢？

因(yin)(yin)為(wei)P=wT（w：角速(su)度，T：轉(zhuan)矩(ju)）。因(yin)(yin)為(wei)P不變，w增加了，所以轉(zhuan)矩(ju)會相應減(jian)小。

我們還可以再換一個角度(du)來(lai)看:

電(dian)(dian)(dian)機的(de)定子電(dian)(dian)(dian)壓U=E+I*R（I為(wei)電(dian)(dian)(dian)流，R為(wei)電(dian)(dian)(dian)子電(dian)(dian)(dian)阻，E為(wei)感應電(dian)(dian)(dian)勢(shi)）

可以看出，U、I不變(bian)時，E也不變(bian)。

而E=k*f*X，（k：常(chang)數(shu)，f：頻(pin)率，X：磁通），所以(yi)當f由50-->60Hz時，X會相應(ying)減小。

對于電(dian)機來說(shuo)，T=K*I*X，(K：常(chang)數，I：電(dian)流，X：磁(ci)通(tong)），因(yin)此(ci)轉矩T會(hui)跟著(zhu)磁(ci)通(tong)X減小而減小。

同時(shi)，小于(yu)50Hz時(shi)，由于(yu)I*R很(hen)小，所以U/f=E/f不變時(shi)，磁通(X)為(wei)常數。轉(zhuan)矩(ju)T和電(dian)流成(cheng)正比。這也(ye)就是(shi)為(wei)什(shen)么通常用變頻器的過(guo)流能(neng)力來描述(shu)其過(guo)載(轉(zhuan)矩(ju))能(neng)力。并(bing)稱為(wei)恒轉(zhuan)矩(ju)調速(su)(額定電(dian)流不變-->最大(da)轉(zhuan)矩(ju)不變)。

結論：當變頻器輸(shu)出頻率從50Hz以(yi)上增加時，電機的(de)輸(shu)出轉(zhuan)矩會減小(xiao)。

3、其他和輸出轉矩有關的因素

發熱(re)和散熱(re)能力(li)決(jue)定變頻器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電流能力(li)，從(cong)而影響(xiang)變頻器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)轉矩(ju)能力(li)。

載波(bo)頻率(lv)(lv)：一般變頻器所標的(de)(de)額定電(dian)(dian)流(liu)都是以最(zui)高(gao)載波(bo)頻率(lv)(lv)，最(zui)高(gao)環(huan)境溫(wen)度下能保(bao)證持續輸出(chu)的(de)(de)數值。降低載波(bo)頻率(lv)(lv)，電(dian)(dian)機的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)不會(hui)受到影(ying)響(xiang)。但元器件的(de)(de)發熱會(hui)減小。

環(huan)境溫度(du)(du)：就(jiu)象不(bu)會因為(wei)檢測到周圍(wei)溫度(du)(du)比(bi)較低時(shi)就(jiu)增大變頻器(qi)保護(hu)電流值.

海(hai)拔(ba)高度：海(hai)拔(ba)高度增加，對散熱和(he)絕(jue)緣性能都有(you)影響。一般(ban)1000m以下可(ke)以不考慮。以上每1000米降容5%就可(ke)以了。

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

此功能增加變頻器的(de)輸出(chu)(chu)電(dian)壓（主要是低頻時），以補償定(ding)子(zi)電(dian)阻上電(dian)壓降引(yin)起的(de)輸出(chu)(chu)轉矩(ju)損失，從而改善電(dian)機的(de)輸出(chu)(chu)轉矩(ju)。

改善電機(ji)低(di)速(su)輸出(chu)轉矩不足的技(ji)術

使用矢(shi)量控制，可以(yi)使電(dian)機(ji)在低速(su),如(無(wu)速(su)度傳感器時)1Hz（對4極電(dian)機(ji)，其轉速(su)大約為(wei)(wei)30r/min）時的輸(shu)出轉矩可以(yi)達到(dao)電(dian)機(ji)在50Hz供電(dian)輸(shu)出的轉矩（最(zui)大約為(wei)(wei)額定轉矩的150％）。

對于常規的(de)V/F控(kong)制，電機(ji)的(de)電壓降(jiang)(jiang)隨(sui)著(zhu)電機(ji)速度的(de)降(jiang)(jiang)低而相對增(zeng)加，這(zhe)(zhe)就導(dao)致由于勵磁不足(zu)，而使電機(ji)不能(neng)獲得足(zu)夠的(de)旋轉力。為了補償這(zhe)(zhe)個不足(zu)，變頻器中需要通過提(ti)高電壓，來補償電機(ji)速度降(jiang)(jiang)低而引(yin)起的(de)電壓降(jiang)(jiang)。變頻器的(de)這(zhe)(zhe)個功(gong)能(neng)叫做轉矩(ju)提(ti)升(sheng)（*1）。

轉矩提升功能是提高變頻器的輸出電(dian)壓。然而即使(shi)提高(gao)很多輸出電(dian)壓，電(dian)機(ji)轉矩(ju)(ju)并不能和(he)其(qi)(qi)電(dian)流(liu)相對應的提高(gao)。因為電(dian)機(ji)電(dian)流(liu)包含電(dian)機(ji)產生的轉矩(ju)(ju)分量和(he)其(qi)(qi)它分量（如(ru)勵(li)磁分量）。

矢量(liang)控制把電(dian)機的(de)(de)電(dian)流值(zhi)進行分配，從而確定(ding)產(chan)生(sheng)轉矩的(de)(de)電(dian)機電(dian)流分量(liang)和其它電(dian)流分量(liang)（如勵磁(ci)分量(liang)）的(de)(de)數(shu)值(zhi)。

矢(shi)量控制可以通過對(dui)電(dian)機端(duan)的(de)(de)電(dian)壓降(jiang)的(de)(de)響應，進行優(you)化(hua)補償(chang)，在不增加(jia)電(dian)流的(de)(de)情況(kuang)下(xia)，允(yun)許電(dian)機產出大(da)的(de)(de)轉矩。此功能對(dui)改善電(dian)機低速時(shi)溫升也(ye)有效。