|
1. 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？
電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位為 r/min，即 每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm. 例如：2極電機(jī) 50Hz 3000 [r/min]，4極電機(jī) 50Hz 1500 [r/min]
電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例
本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)。
感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以一般不適和通過改變?cè)撝祦碚{(diào)整電機(jī)的速度。另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機(jī)極對(duì)數(shù)
改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法
如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過電壓（過勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。
輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。
例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
2. 當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？
*1: 工頻電源
由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源）
*2: 起動(dòng)電流
當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流
------變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)------
電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。
通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。
3. -----當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低-----
通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te, P<=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。
當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。
舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速. (P=Ue*Ie) 胡海飛13523466304承接節(jié)能改造 自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造 控制柜 變頻器維修 PLC解密編程
4. 變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況
大家知道, 對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來說, 其額定電壓和額定電流是不變的.如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上
當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí), 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時(shí)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(diào)速.
這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?
因?yàn)镻=wT (w:角速度, T:轉(zhuǎn)矩). 因?yàn)镻不變, w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小.
我們還可以再換一個(gè)角度來看:
電機(jī)的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應(yīng)電勢(shì))
可以看出, U,I不變時(shí), E也不變.
而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當(dāng)f由50-->60Hz時(shí), X會(huì)相應(yīng)減小
對(duì)于電機(jī)來說, T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小.
同時(shí), 小于50Hz時(shí), 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時(shí), 磁通(X)為常數(shù). 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩)能力. 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-->最大轉(zhuǎn)矩不變)
結(jié)論: 當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí), 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小.
5. 其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素
發(fā)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(zhuǎn)矩能力。
載波頻率: 一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率, 電機(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。
環(huán)境溫度：就象不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值.
海拔高度: 海拔高度增加, 對(duì)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.胡海飛13523466304承接節(jié)能改造 自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造 控制柜 變頻器維修 PLC解密編程
6. 矢量控制是怎樣改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？
*1: 轉(zhuǎn)矩提升
此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時(shí)），以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩�！ �
*2 改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)
使用"矢量控制"，可以使電機(jī)在低速,如(無速度傳感器時(shí))1Hz（對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。
*3對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"（*1）。
*4轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。 因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。
"矢量控制"把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值。
"矢量控制"可以通過對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。
7、對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)的主磁通應(yīng)保持額定值不變。三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為: E1=4.44f1N1Φ 式中 E1---定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的方均根值(V)
f1----定子頻率(Hz)
N1---定子相繞組有效匝數(shù)；
Φ----每極磁通量(Wb)
如果不計(jì)定子阻抗壓降，則U1≈E1=4.44f1N1Φ 若端電壓U1不變，則隨著f1的升高，氣隙磁通Φ將減小，又從轉(zhuǎn)矩公式: T=CMΦI2COSφ2
可以看出，Φ的減小勢(shì)必導(dǎo)致電機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩T下降，降低電機(jī)的出力。同時(shí)，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電機(jī)堵轉(zhuǎn)，若維持端電壓U1不變，而減小f1。則氣隙磁通Φ將增加。這就會(huì)使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵損急劇增加，這也是不允許的。因此在許多場(chǎng)合，要求在調(diào)頻的同時(shí)改變定子電壓U1，以維持Φ接近不變。下面分兩種情況說明：
1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速
為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，應(yīng)保持氣隙主磁通Φ不變，這就要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/f1常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制，這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式�？梢越频乇３侄ㄗ与妷篣1和頻率f1的比值為常數(shù)，即認(rèn)為E1≈U1，保持U1/f1=常數(shù)。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。
2.基頻以上的弱磁變頻調(diào)速
這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況。頻率由額定值向上增大時(shí)，電壓U1由于受額定電壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不變， 這樣必然會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，即近似的恒功率調(diào)速方式。
保持U1/f1為常數(shù)的比例控制方式適用于調(diào)速范圍不太大或轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)、水泵等；保持T為常數(shù)的恒磁通控制方式適用于調(diào)速范圍較大的恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，例如升降機(jī)械、攪拌機(jī)、傳送帶等；保持P為常數(shù)的恒功率控制方式適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速的增高而變輕的地方，例如主軸傳動(dòng)、卷繞機(jī)等。 |
|
