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变频器调速及节能控制原理讲解!
发布日期:2019-10-28 14:31:04 来源:转载 [返回列表页]
1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变?

电机旋转速度单位:r/min 每分钟旋转次数,也可表示为rpm.


例如:2极电机 50Hz 3000 [r/min]


4极电机 50Hz 1500 [r/min]


结论:电机的旋转速度同频率成比例

感应式交流电机(以后简称为电机)的旋转速度近似取决于电机的极数和频率。电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值(为2的倍数,例如极数为2,4,6),所以一般不适合通过改变该值来调整电机的速度。


另外,频率能够在电机的外面调节后再供给电机,这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。


因此,以控制频率为目的的变频器,是作为电机调速设备的优选设备。


n = 60f


n: 同步速度


f: 电源频率


p: 电机极对数


结论:改变频率和电压是最优的电机控制方法


如果仅改变频率而不改变电压,频率降低时会使电机出于过电压(过励磁),导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时,电压却不可以继续增加,最高只能是等于电机的额定电压。





例如:为了使电机的旋转速度减半,把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz,这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V


2. 当电机的旋转速度(频率)改变时,其输出转矩会怎样?

变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动


电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大,而当使用变频器供电时,这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时,变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的,所以电机起动电流和冲击要小些。


通常,电机产生的转矩要随频率的减小(速度降低)而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。


通过使用磁通矢量控制的变频器,将改善电机低速时转矩的不足,甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。


3. 当变频器调速到大于50Hz频率时,电机的输出转矩将降低

通常的电机是按50Hz电压设计制造的,其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe)


变频器输出频率大于50Hz频率时,电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。


当电机以大于50Hz频率速度运行时,电机负载的大小必须要给予考虑,以防止电机输出转矩的不足。


举例,电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。
因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. (P=Ue*Ie)





4. 变频器50Hz以上的应用情况

大家知道, 对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的。
如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上。
当转速为50Hz时, 变频器的输出电压为380V, 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60Hz, 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速。

这时的转矩情况怎样呢?


因为P=wT (w:角速度, T:转矩). 因为P不变, w增加了, 所以转矩会相应减小。
我们还可以再换一个角度来看:
电机的定子电压 U = E + I*R (I为电流, R为电子电阻, E为感应电势)
可以看出, U,I不变时, E也不变.
而E = k*f*X, (k:常数, f: 频率, X:磁通), 所以当f由50-->60Hz时, X会相应减小
对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.


同时, 小于50Hz时, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变-->最大转矩不变)
结论: 当变频器输出频率从50Hz以上增加时, 电机的输出转矩会减小.


5. 其他和输出转矩有关的因素

发热和散热能力决定变频器的输出电流能力,从而影响变频器的输出转矩能力。


载波频率: 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率, 最高环境温度下能保证持续输出的数值. 降低载波频率, 电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。


环境温度:就像不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.
海拔高度: 海拔高度增加, 对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑. 以上每1000米降容5%就可以了。

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