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/p

f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*的電機(jī)調(diào)速方法  

如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機(jī)出于過電壓（過勵磁），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(xù)增加，zui高只能是等于電機(jī)的額定電壓。  

例如：變頻器V/F控制時，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，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？

變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和zui大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動。

電機(jī)在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當(dāng)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(chǎn)生一個大的起動電流。而當(dāng)使用變頻器時，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?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實際數(shù)據(jù)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(jī)低速時轉(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，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)計制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(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，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頻率速度運行時，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時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時產(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)

4變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況

大家知道, 對一個特定的電機(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, 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zui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。

這時的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?  

因為P=wT (w:角速度, T:轉(zhuǎn)矩)。 因為P不變, w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)減小。

我們還可以再換一個角度來看：

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, 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, X會相應(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(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-->zui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, 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會減小。

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)的電流不會受到影響。但變頻器的元器件的發(fā)熱會減小。

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，變頻器需降容5%-10%使用。