巨聯(lián)變頻器是怎樣控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的?
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：r/min 每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm。電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n=60f/pf為電機(jī)頻率，p為電機(jī)極對數(shù) 例如：2極電機(jī) 50Hz 同步轉(zhuǎn)速3000 [r/min] 4極電機(jī) 50Hz同步轉(zhuǎn)速1500 [r/min]。結(jié)論：電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成正比例
感應(yīng)式交流電機(jī)(以后簡稱為電機(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該值來調(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巨聯(lián)變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。 結(jié)論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)調(diào)速方法 。 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。因此巨聯(lián)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：巨聯(lián)變頻器V/F控制時(shí)，為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把巨聯(lián)變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時(shí)巨聯(lián)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
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? 巨聯(lián)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)使用巨聯(lián)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)電流。而當(dāng)使用巨聯(lián)變頻器時(shí)，巨聯(lián)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)在有的巨聯(lián)變頻器手冊中會(huì)給出說明。 通過使用磁通矢量控制的巨聯(lián)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。
當(dāng)巨聯(lián)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) ，巨聯(lián)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)
巨聯(lián)變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況
大家知道, 對一個(gè)特定的電機(jī)來說, 其額定電壓和額定電流是不變的。 如巨聯(lián)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), 巨聯(lián)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, 巨聯(lián)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為電機(jī)定子電阻, E為感應(yīng)電勢)
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巨聯(lián)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)巨聯(lián)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.
其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素
發(fā)熱和散熱能力決定巨聯(lián)變頻器的輸出電流能力，從而影響巨聯(lián)變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。 載波頻率: 一般巨聯(lián)變頻器所標(biāo)的額定電流都是以規(guī)定的載波頻率, 規(guī)定的環(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。但巨聯(lián)變頻器的元器件的發(fā)熱會(huì)減小。 海拔高度: 海拔高度增加, 對散熱和絕緣性能都有影響.一般1000m以下可以不考慮。高度每增高1000米，巨聯(lián)變頻器需降容5%-10%使用。
