變頻器(qi)控制電機轉速原理

變頻器主要由整流（交流變(bian)直(zhi)流）、濾(lv)波(bo)、再次整流（直(zhi)流變(bian)交流）、制(zhi)動(dong)(dong)單元、驅(qu)動(dong)(dong)單元、檢(jian)測單元微處理單元等組成的。

本(ben)文中(zhong)所指的(de)(de)(de)(de)電機(ji)(ji)為(wei)(wei)感(gan)應式交流電機(ji)(ji)，在工業中(zhong)所使用的(de)(de)(de)(de)大部分電機(ji)(ji)均為(wei)(wei)此類型電機(ji)(ji)。感(gan)應式交流電機(ji)(ji)（以(yi)后簡稱為(wei)(wei)電機(ji)(ji)）的(de)(de)(de)(de)旋轉速(su)度(du)(du)近似地確決于電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)極(ji)數和頻率。由電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)工作原理決定(ding)電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)極(ji)數是固定(ding)不(bu)變(bian)的(de)(de)(de)(de)。由于該極(ji)數值(zhi)不(bu)是一個連續的(de)(de)(de)(de)數值(zhi)（為(wei)(wei)2的(de)(de)(de)(de)倍數，例(li)如極(ji)數為(wei)(wei)2，4，6），所以(yi)一般不(bu)適和通過改(gai)變(bian)該值(zhi)來(lai)調整(zheng)電機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)。

另外(wai)，頻率能夠在電(dian)(dian)機的外(wai)面調節后再供給電(dian)(dian)機，這樣電(dian)(dian)機的旋轉速度就可以(yi)被自由(you)的控制。

因此，以(yi)控制(zhi)頻率(lv)為目的的變頻器，是作(zuo)為電機調速設備的優選(xuan)設備。

結論：改變頻率(lv)和電壓是(shi)最優的電機控制(zhi)方法。

如果僅(jin)改變(bian)(bian)頻率(lv)而不改變(bian)(bian)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)，頻率(lv)降(jiang)低(di)時(shi)(shi)會使電(dian)機出(chu)于過電(dian)壓(ya)(ya)(ya)（過勵磁），導(dao)致電(dian)機可能(neng)被燒壞(huai)。因此變(bian)(bian)頻器在(zai)改變(bian)(bian)頻率(lv)的(de)同時(shi)(shi)必須要同時(shi)(shi)改變(bian)(bian)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)。輸出(chu)頻率(lv)在(zai)額(e)定頻率(lv)以上時(shi)(shi)，電(dian)壓(ya)(ya)(ya)卻不可以繼續增加，最(zui)高(gao)只能(neng)是等(deng)于電(dian)機的(de)額(e)定電(dian)壓(ya)(ya)(ya)。

工頻(pin)電源：由電網提供的動(dong)力電源（商用電源）。

起(qi)動電(dian)(dian)(dian)流：當電(dian)(dian)(dian)機開始運(yun)轉時，變頻器的輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)流。

變頻器驅(qu)動(dong)時的(de)起動(dong)轉(zhuan)矩(ju)和最大轉(zhuan)矩(ju)要(yao)小于直接(jie)用(yong)工頻電源(yuan)驅(qu)動(dong)。

電(dian)(dian)(dian)機(ji)在(zai)工(gong)頻(pin)電(dian)(dian)(dian)源供電(dian)(dian)(dian)時(shi)起(qi)(qi)動(dong)和加(jia)速沖擊(ji)很大(da)，而當(dang)(dang)使(shi)用(yong)變頻(pin)器(qi)供電(dian)(dian)(dian)時(shi)，這些沖擊(ji)就要(yao)弱一些。工(gong)頻(pin)直(zhi)接起(qi)(qi)動(dong)會產生一個大(da)的起(qi)(qi)動(dong)起(qi)(qi)動(dong)電(dian)(dian)(dian)流(liu)。而當(dang)(dang)使(shi)用(yong)變頻(pin)器(qi)時(shi)，變頻(pin)器(qi)的輸出電(dian)(dian)(dian)壓和頻(pin)率是逐漸加(jia)到電(dian)(dian)(dian)機(ji)上的，所以電(dian)(dian)(dian)機(ji)起(qi)(qi)動(dong)電(dian)(dian)(dian)流(liu)和沖擊(ji)要(yao)小些。

通常(chang)，電機產生(sheng)的(de)轉矩(ju)要隨頻率的(de)減小（速度(du)降低）而減小。減小的(de)實際數(shu)據在(zai)有的(de)變(bian)頻器手冊(ce)中會給出說明。

通(tong)過使(shi)用磁通(tong)矢(shi)量控制(zhi)的變頻器，將改善(shan)電機(ji)低速時轉矩的不足，甚至在低速區(qu)電機(ji)也可輸出(chu)足夠的轉矩。

該圖片由注冊用戶"小含"提供，版權聲明反饋

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(dian)機是按50Hz電(dian)壓(ya)(ya)設(she)計(ji)制造的，其額定(ding)轉矩(ju)也是在這個電(dian)壓(ya)(ya)范圍內給出的。因此在額定(ding)頻率之(zhi)下的調(diao)速(su)稱(cheng)為恒轉矩(ju)調(diao)速(su).(T=Te,P<=Pe)

變頻(pin)器輸出頻(pin)率(lv)大于50Hz頻(pin)率(lv)時，電機產生的(de)轉(zhuan)矩要(yao)以和頻(pin)率(lv)成反(fan)比的(de)線(xian)性(xing)關系下降(jiang)。

當(dang)電機以大(da)于(yu)50Hz頻率速度運行(xing)時，電機負載(zai)的大(da)小必須(xu)要給予考(kao)慮，以防止電機輸出轉矩的不足(zu)。

舉例，電機在100Hz時(shi)產生的轉矩(ju)大約(yue)要降低到50Hz時(shi)產生轉矩(ju)的1/2。

因(yin)此在額(e)定頻率之上的調速稱為恒功率調速(P=Ue*Ie)。

2、變頻器50Hz以上的應用情況

大家知道，對一個特(te)定的(de)電(dian)機來說，其額定電(dian)壓和(he)額定電(dian)流是(shi)不變的(de)。

如變頻器和電(dian)機額定值(zhi)都是：15kW/380V/30A，電(dian)機可(ke)以工作(zuo)在50Hz以上(shang)。

當(dang)轉速為50Hz時(shi)，變(bian)(bian)頻器(qi)的(de)輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓為380V，電(dian)(dian)流(liu)為30A。這時(shi)如果增大輸出(chu)(chu)頻率到60Hz，變(bian)(bian)頻器(qi)的(de)最大輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓電(dian)(dian)流(liu)還只能為380V/30A。很顯(xian)然(ran)輸出(chu)(chu)功(gong)率不變(bian)(bian)，所以我們稱之為恒(heng)功(gong)率調速。

這時的轉矩情(qing)況怎樣呢？

因為(wei)P=wT（w：角(jiao)速(su)度，T：轉矩）。因為(wei)P不變，w增(zeng)加了(le)，所以轉矩會相(xiang)應減小。

我們還可以(yi)再換(huan)一個角度來看:

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

可以看出，U、I不(bu)變時，E也不(bu)變。

而E=k*f*X，（k：常數(shu)，f：頻(pin)率，X：磁通(tong)），所以當f由50-->60Hz時，X會相應減小。

對(dui)于電(dian)機來說，T=K*I*X，(K：常數，I：電(dian)流，X：磁通(tong)），因此轉矩(ju)T會(hui)跟著磁通(tong)X減小(xiao)而減小(xiao)。

同(tong)時，小于50Hz時，由于I*R很小，所以(yi)U/f=E/f不變時，磁通(X)為(wei)常數。轉(zhuan)矩(ju)T和電流成正比。這(zhe)也就是為(wei)什么通常用(yong)變頻器的過(guo)流能力(li)來(lai)描述其過(guo)載(zai)(轉(zhuan)矩(ju))能力(li)。并稱為(wei)恒轉(zhuan)矩(ju)調(diao)速(額定電流不變-->最(zui)大(da)轉(zhuan)矩(ju)不變)。

結論(lun)：當變頻器(qi)輸出頻率(lv)從50Hz以上增加(jia)時，電機的輸出轉矩會減小。

3、其他和輸出轉矩有關的因素

發(fa)熱(re)和散熱(re)能力決定變(bian)頻器(qi)的(de)輸(shu)(shu)出電流能力，從而影響變(bian)頻器(qi)的(de)輸(shu)(shu)出轉矩能力。

載波(bo)(bo)頻率(lv)：一般(ban)變頻器(qi)所標的額定電流(liu)都(dou)是以最高載波(bo)(bo)頻率(lv)，最高環境溫度下能保證(zheng)持續輸(shu)出的數值。降低載波(bo)(bo)頻率(lv)，電機的電流(liu)不會(hui)受到影響。但元(yuan)器(qi)件(jian)的發熱會(hui)減小。

環境溫(wen)度：就象不會因為檢測到周(zhou)圍溫(wen)度比(bi)較低時就增(zeng)大變頻器保護電流值.

海(hai)拔(ba)高度：海(hai)拔(ba)高度增(zeng)加(jia)，對散熱和絕緣(yuan)性能都有影響。一般1000m以(yi)(yi)下可(ke)以(yi)(yi)不考慮。以(yi)(yi)上(shang)每1000米降容5%就可(ke)以(yi)(yi)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(ci)功能增(zeng)加變頻器的(de)輸出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)（主要是低頻時），以(yi)補償定子電(dian)(dian)(dian)阻上(shang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)降引起的(de)輸出(chu)轉(zhuan)矩損失，從(cong)而改善(shan)電(dian)(dian)(dian)機的(de)輸出(chu)轉(zhuan)矩。

改善電機低速輸出轉矩不足的技(ji)術

使用(yong)矢量控制，可(ke)以(yi)使電機在低(di)速(su)(su),如(ru)(無速(su)(su)度傳(chuan)感器(qi)時(shi))1Hz（對4極電機，其轉(zhuan)速(su)(su)大(da)約為30r/min）時(shi)的(de)(de)輸(shu)出轉(zhuan)矩(ju)可(ke)以(yi)達到電機在50Hz供電輸(shu)出的(de)(de)轉(zhuan)矩(ju)（最大(da)約為額定轉(zhuan)矩(ju)的(de)(de)150％）。

對于(yu)常規(gui)的V/F控制，電(dian)機(ji)的電(dian)壓降(jiang)隨(sui)著電(dian)機(ji)速度(du)的降(jiang)低而相(xiang)對增(zeng)加，這就導致由于(yu)勵磁(ci)不(bu)足(zu)，而使(shi)電(dian)機(ji)不(bu)能獲得足(zu)夠的旋(xuan)轉(zhuan)力(li)。為了(le)補(bu)償這個(ge)不(bu)足(zu)，變頻器中需要通過提(ti)(ti)高電(dian)壓，來(lai)補(bu)償電(dian)機(ji)速度(du)降(jiang)低而引(yin)起的電(dian)壓降(jiang)。變頻器的這個(ge)功能叫(jiao)做(zuo)轉(zhuan)矩提(ti)(ti)升（*1）。

轉矩提升功能是提高變頻器的輸(shu)出電壓(ya)。然(ran)而(er)即使提(ti)高(gao)很多輸(shu)出電壓(ya)，電機轉矩(ju)并不能和其電流相對應的提(ti)高(gao)。因為(wei)電機電流包(bao)含(han)電機產(chan)生的轉矩(ju)分量和其它分量（如勵(li)磁分量）。

矢量控制(zhi)把電機(ji)的(de)電流值進(jin)行分(fen)配(pei)，從而確定產生轉矩(ju)的(de)電機(ji)電流分(fen)量和其(qi)它電流分(fen)量（如勵磁分(fen)量）的(de)數(shu)值。

矢量控制可以通過對電(dian)機端的電(dian)壓(ya)降的響應，進行優化補(bu)償(chang)，在不增加(jia)電(dian)流(liu)的情(qing)況下，允許(xu)電(dian)機產(chan)出(chu)大的轉矩。此功(gong)能對改(gai)善電(dian)機低速時溫(wen)升也有效。