變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變?
電機旋轉速度單位:r/min 每分鐘旋轉次數,也可表示為rpm.
例如:2極電機 50hz 3000 [r/min]
4極電機 50hz 1500 [r/min]
結論:電機的旋轉速度同頻率成比例
感應式交流電機(以后簡稱為電機)的旋轉速度近似地確決于電機的極數和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由于該極數值不是一個連續的數值(為2的倍數,例如極數為2,4,6),所以一般不適合通過改變該值來調整電機的速度。
另外,頻率能夠在電機的外面調節后再供給電機,這樣電機的旋轉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,是做為電機調速設備的優選設備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極對數
如果僅改變頻率而不改變電壓,頻率降低時會使電機處于過電壓(過勵磁),導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時,電壓卻不可以繼續增加,高只能是等于電機的額定電壓。
例如:為了使電機的旋轉速度減半,把變頻器的輸出頻率從50hz改變到25hz,這時變頻器的輸出電壓就需要從400v改變到約200v。
2. 當電機的旋轉速度(頻率)改變時,其輸出轉矩會怎樣?
變頻器驅動時的起動轉矩和大轉矩要小于直接用工頻電源驅動。
電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大,而當使用變頻器供電時,這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時,變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的,所以電機起動電流和沖擊要小些。
通常,電機產生的轉矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器,將改善電機低速時轉矩的不足,甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。
3. 當變頻器調速到大于50hz頻率時,電機的輸出轉矩將降低
通常的電機是按50hz電壓設計制造的,其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速。(t=te, p<=pe)
變頻器輸出頻率大于50hz頻率時,電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。
當電機以大于50hz頻率速度運行時,電機負載的大小必須要給予考慮,以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例:電機在100hz時產生的轉矩大約要降低到50hz時產生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速。(p=ue*ie)
4. 變頻器50hz以上的應用情況
大家知道,對一個特定的電機來說,其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機額定值都是:15kw/380v/30a,電機可以工作在50hz以上。
當轉速為50hz時,變頻器的輸出電壓為380v,電流為30a。這時如果增大輸出頻率到60hz,變頻器的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速。
這時的轉矩情況怎樣呢? 因為p=wt (w:角速度, t:轉矩)。因為p不變, w增加了, 所以轉矩會相應減小。
我們還可以再換一個角度來看:電機的定子電壓 u = e + i*r (i為電流,r為電子電阻, e為感應電勢) 可以看出,u、i不變時,e也不變。而e = k*f*x, (k:常數, f: 頻率, x:磁通),所以當f由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:磁通),因此轉矩t會跟著磁通x減小而減小。同時, 小于50hz時,由于i*r很小,所以u/f=e/f不變時,磁通(x)為常數,轉矩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(轉矩)能力。并稱為恒轉矩調速(額定電流不變-->大轉矩不變)
結論:當變頻器輸出頻率從50hz以上增加時,電機的輸出轉矩會減小。
5、其他和輸出轉矩有關的因素
發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矩能力。
載波頻率:一般變頻器所標的額定電流都是以高載波頻率,高環境溫度下能保證持續輸出的數值. 降低載波頻率,電機的電流不會受到影響,但元器件的發熱會減小。
環境溫度:就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值。
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. 以上每1000米降容5%就可以了。
來源| 電氣圈
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