變頻器控(kong)制電(dian)機(ji)轉速原理

變頻器主要由整(zheng)流（交流變直流）、濾波(bo)、再(zai)次整(zheng)流（直流變交流）、制(zhi)動單元、驅(qu)動單元、檢(jian)測單元微(wei)處理(li)單元等(deng)組成(cheng)的(de)。

本文中(zhong)所指的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)為感應(ying)式交流(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)，在(zai)工(gong)業中(zhong)所使用(yong)的(de)(de)(de)大部分電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)均為此類型電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)。感應(ying)式交流(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)（以(yi)后(hou)簡稱(cheng)為電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)）的(de)(de)(de)旋(xuan)轉速度近似地確決于電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)極數(shu)和頻率。由電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)工(gong)作原理(li)決定(ding)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)極數(shu)是固定(ding)不變的(de)(de)(de)。由于該極數(shu)值(zhi)不是一個連(lian)續的(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)（為2的(de)(de)(de)倍數(shu)，例如極數(shu)為2，4，6），所以(yi)一般不適(shi)和通過改(gai)變該值(zhi)來(lai)調整(zheng)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)速度。

另外，頻率能(neng)夠在電機(ji)的外面調(diao)節后(hou)再(zai)供(gong)給(gei)電機(ji)，這樣電機(ji)的旋轉速度就(jiu)可以被自由的控制。

因此，以控(kong)制頻(pin)率為(wei)目的(de)(de)的(de)(de)變頻(pin)器，是作(zuo)為(wei)電機調速(su)設備的(de)(de)優選設備。

結論：改(gai)變頻率和電壓是最優(you)的電機控(kong)制(zhi)方(fang)法。

如果僅改(gai)變(bian)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)而不改(gai)變(bian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)，頻(pin)(pin)率(lv)(lv)降低(di)時(shi)會使(shi)電(dian)(dian)(dian)機出(chu)于過電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)（過勵磁），導致電(dian)(dian)(dian)機可能(neng)被燒壞(huai)。因(yin)此(ci)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)在(zai)改(gai)變(bian)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)同(tong)時(shi)必須要同(tong)時(shi)改(gai)變(bian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。輸出(chu)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)在(zai)額(e)定頻(pin)(pin)率(lv)(lv)以上時(shi)，電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)卻不可以繼續增加，最高只能(neng)是等于電(dian)(dian)(dian)機的(de)額(e)定電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。

工頻電源(yuan)：由電網提(ti)供的(de)動力(li)電源(yuan)（商用電源(yuan)）。

起動電(dian)流：當電(dian)機(ji)開始運轉時，變頻器的輸出電(dian)流。

變頻(pin)器驅動(dong)時的起動(dong)轉(zhuan)(zhuan)矩(ju)和(he)最大轉(zhuan)(zhuan)矩(ju)要小于直接用工(gong)頻(pin)電(dian)源驅動(dong)。

電(dian)(dian)機(ji)(ji)在工頻(pin)電(dian)(dian)源供電(dian)(dian)時(shi)(shi)起(qi)動(dong)和加速沖擊(ji)很大，而(er)當使(shi)用變頻(pin)器(qi)供電(dian)(dian)時(shi)(shi)，這些(xie)(xie)沖擊(ji)就要(yao)弱(ruo)一些(xie)(xie)。工頻(pin)直接起(qi)動(dong)會(hui)產生一個(ge)大的(de)(de)起(qi)動(dong)起(qi)動(dong)電(dian)(dian)流。而(er)當使(shi)用變頻(pin)器(qi)時(shi)(shi)，變頻(pin)器(qi)的(de)(de)輸出電(dian)(dian)壓和頻(pin)率是逐漸(jian)加到電(dian)(dian)機(ji)(ji)上的(de)(de)，所以電(dian)(dian)機(ji)(ji)起(qi)動(dong)電(dian)(dian)流和沖擊(ji)要(yao)小些(xie)(xie)。

通常，電機產生(sheng)的轉矩要隨頻率的減小(xiao)（速度降低(di)）而減小(xiao)。減小(xiao)的實際數據(ju)在有的變頻器手冊中(zhong)會給出說明(ming)。

通(tong)過使用磁通(tong)矢量控制的變頻器，將(jiang)改善電(dian)機(ji)低速時轉矩(ju)的不足(zu)，甚至在(zai)低速區電(dian)機(ji)也(ye)可(ke)輸出足(zu)夠(gou)的轉矩(ju)。

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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(chang)的(de)電機是按50Hz電壓(ya)設計制造(zao)的(de)，其額定(ding)轉(zhuan)矩(ju)也是在這個電壓(ya)范圍內給出(chu)的(de)。因此在額定(ding)頻率之下的(de)調速稱為恒轉(zhuan)矩(ju)調速.(T=Te,P<=Pe)

變頻(pin)器(qi)輸出頻(pin)率大于50Hz頻(pin)率時(shi)，電機產(chan)生的轉矩要以和(he)頻(pin)率成反(fan)比的線性(xing)關(guan)系下降(jiang)。

當(dang)電(dian)機以大于50Hz頻率速度運行時(shi)，電(dian)機負載的大小必須要給予考慮，以防(fang)止電(dian)機輸出(chu)轉矩的不足。

舉例(li)，電機在100Hz時(shi)產(chan)生(sheng)(sheng)的轉矩大約要(yao)降低到(dao)50Hz時(shi)產(chan)生(sheng)(sheng)轉矩的1/2。

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

2、變頻器50Hz以上的應用情況

大家知道，對一(yi)個特定的(de)電機來說，其額定電壓(ya)和額定電流(liu)是不變(bian)的(de)。

如變頻器和(he)電機額定值都是：15kW/380V/30A，電機可以工作(zuo)在(zai)50Hz以上。

當轉速(su)為(wei)50Hz時，變頻(pin)器(qi)的輸出(chu)電(dian)(dian)壓為(wei)380V，電(dian)(dian)流(liu)為(wei)30A。這時如果增大輸出(chu)頻(pin)率(lv)到60Hz，變頻(pin)器(qi)的最大輸出(chu)電(dian)(dian)壓電(dian)(dian)流(liu)還(huan)只能為(wei)380V/30A。很顯然輸出(chu)功(gong)率(lv)不變，所(suo)以(yi)我(wo)們稱之為(wei)恒功(gong)率(lv)調(diao)速(su)。

這時的轉矩情況(kuang)怎樣呢？

因為(wei)P=wT（w：角速(su)度，T：轉(zhuan)矩(ju)）。因為(wei)P不變，w增(zeng)加了，所以(yi)轉(zhuan)矩(ju)會相應(ying)減小(xiao)。

我們還(huan)可以再換一個角度來看:

電機(ji)的(de)定子(zi)電壓U=E+I*R（I為(wei)電流(liu)，R為(wei)電子(zi)電阻，E為(wei)感(gan)應電勢）

可以(yi)看出，U、I不(bu)變時(shi)，E也不(bu)變。

而E=k*f*X，（k：常數，f：頻率，X：磁通），所以當f由(you)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(ci)通），因此轉矩T會跟著磁(ci)通X減小而(er)減小。

同時(shi)，小于(yu)50Hz時(shi)，由于(yu)I*R很(hen)小，所以(yi)U/f=E/f不(bu)變(bian)時(shi)，磁通(tong)(X)為(wei)常(chang)數。轉(zhuan)矩(ju)(ju)T和電(dian)流(liu)成(cheng)正比。這也就是為(wei)什么通(tong)常(chang)用(yong)變(bian)頻器的過流(liu)能(neng)力來描述其過載(zai)(轉(zhuan)矩(ju)(ju))能(neng)力。并(bing)稱為(wei)恒轉(zhuan)矩(ju)(ju)調速(額定(ding)電(dian)流(liu)不(bu)變(bian)-->最大(da)轉(zhuan)矩(ju)(ju)不(bu)變(bian))。

結論：當(dang)變頻器輸(shu)出頻率從50Hz以上增加(jia)時，電(dian)機的輸(shu)出轉矩會減(jian)小。

3、其他和輸出轉矩有關的因素

發(fa)熱和散熱能(neng)(neng)力決定變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)輸出(chu)電流(liu)能(neng)(neng)力，從而影響(xiang)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)輸出(chu)轉矩能(neng)(neng)力。

載(zai)(zai)波頻(pin)(pin)率：一般變頻(pin)(pin)器所(suo)標的額定電(dian)流都是以最高載(zai)(zai)波頻(pin)(pin)率，最高環境(jing)溫度下能保證持續輸(shu)出的數值。降低載(zai)(zai)波頻(pin)(pin)率，電(dian)機的電(dian)流不會(hui)受到影響。但元(yuan)器件(jian)的發(fa)熱會(hui)減小。

環(huan)境溫(wen)度(du)：就(jiu)象不會因為(wei)檢(jian)測到周圍溫(wen)度(du)比較低時就(jiu)增(zeng)大變頻器保護電(dian)流值(zhi).

海(hai)拔(ba)高度：海(hai)拔(ba)高度增加(jia)，對(dui)散(san)熱和絕緣性能都有(you)影(ying)響(xiang)。一(yi)般(ban)1000m以下可(ke)以不(bu)考(kao)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(zeng)加變頻(pin)器的(de)輸出電(dian)壓（主(zhu)要是低頻(pin)時），以補償定子電(dian)阻上電(dian)壓降引起的(de)輸出轉矩損失，從而改善電(dian)機(ji)的(de)輸出轉矩。

改(gai)善(shan)電機低速輸(shu)出轉矩(ju)不(bu)足的技術(shu)

使用矢(shi)量控制(zhi)，可以使電機在(zai)低速(su),如(ru)(無(wu)速(su)度傳(chuan)感器時)1Hz（對4極(ji)電機，其(qi)轉速(su)大約為30r/min）時的(de)(de)輸出(chu)轉矩(ju)可以達到電機在(zai)50Hz供電輸出(chu)的(de)(de)轉矩(ju)（最大約為額定(ding)轉矩(ju)的(de)(de)150％）。

對于常(chang)規的(de)V/F控制，電(dian)(dian)機(ji)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)降隨(sui)著電(dian)(dian)機(ji)速度的(de)降低而相對增(zeng)加，這就導致由于勵磁不(bu)足，而使電(dian)(dian)機(ji)不(bu)能(neng)獲得(de)足夠的(de)旋轉力。為了補償(chang)(chang)這個(ge)不(bu)足，變頻(pin)器(qi)(qi)中需要(yao)通過提高電(dian)(dian)壓(ya)，來(lai)補償(chang)(chang)電(dian)(dian)機(ji)速度降低而引起(qi)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)降。變頻(pin)器(qi)(qi)的(de)這個(ge)功能(neng)叫做轉矩提升（*1）。

轉矩提升功能是提高變頻器的(de)輸出電(dian)壓。然而即(ji)使(shi)提高(gao)很多輸出電(dian)壓，電(dian)機轉矩并不能和其電(dian)流相對應的(de)提高(gao)。因(yin)為電(dian)機電(dian)流包(bao)含(han)電(dian)機產生的(de)轉矩分量(liang)和其它分量(liang)（如勵磁分量(liang)）。

矢量控制把電(dian)機的(de)電(dian)流值(zhi)(zhi)進行(xing)分配，從而確定產生轉(zhuan)矩的(de)電(dian)機電(dian)流分量和其它電(dian)流分量（如勵磁分量）的(de)數值(zhi)(zhi)。

矢量控制可(ke)以通(tong)過(guo)對電(dian)(dian)機(ji)端的電(dian)(dian)壓降的響應，進行(xing)優(you)化補償，在不增(zeng)加(jia)電(dian)(dian)流的情況下，允許電(dian)(dian)機(ji)產出大的轉矩。此功能對改善(shan)電(dian)(dian)機(ji)低速時(shi)溫升也有(you)效。