變頻(pin)器(qi)控(kong)制電(dian)機轉速原理(li)

變頻器主要由整流(liu)(liu)（交(jiao)流(liu)(liu)變直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)）、濾波、再次整流(liu)(liu)（直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)變交(jiao)流(liu)(liu)）、制動(dong)單元(yuan)(yuan)、驅動(dong)單元(yuan)(yuan)、檢測單元(yuan)(yuan)微(wei)處理單元(yuan)(yuan)等(deng)組成(cheng)的。

本文中(zhong)所指(zhi)的(de)電(dian)機(ji)(ji)為(wei)(wei)感(gan)應式交流電(dian)機(ji)(ji)，在工(gong)業中(zhong)所使用的(de)大部分電(dian)機(ji)(ji)均為(wei)(wei)此類型電(dian)機(ji)(ji)。感(gan)應式交流電(dian)機(ji)(ji)（以后簡稱為(wei)(wei)電(dian)機(ji)(ji)）的(de)旋轉速(su)度(du)近似地(di)確(que)決于電(dian)機(ji)(ji)的(de)極數(shu)和(he)頻(pin)率。由電(dian)機(ji)(ji)的(de)工(gong)作原理決定電(dian)機(ji)(ji)的(de)極數(shu)是固定不變的(de)。由于該極數(shu)值不是一(yi)個連續的(de)數(shu)值（為(wei)(wei)2的(de)倍數(shu)，例如極數(shu)為(wei)(wei)2，4，6），所以一(yi)般(ban)不適和(he)通過(guo)改變該值來(lai)調整電(dian)機(ji)(ji)的(de)速(su)度(du)。

另外，頻率能夠在電(dian)(dian)機的外面(mian)調(diao)節后(hou)再供(gong)給(gei)電(dian)(dian)機，這樣電(dian)(dian)機的旋轉速度就可(ke)以被(bei)自由的控制。

因(yin)此(ci)，以控制頻率為目的的變頻器，是作為電(dian)機調速設備的優選設備。

結(jie)論：改變(bian)頻率和(he)電(dian)壓(ya)是最(zui)優的電(dian)機控制方法。

如果僅改(gai)變頻(pin)率而不改(gai)變電壓，頻(pin)率降低時會使電機(ji)出于過(guo)電壓（過(guo)勵磁），導致電機(ji)可能被燒壞(huai)。因此變頻(pin)器在(zai)改(gai)變頻(pin)率的同時必須要同時改(gai)變電壓。輸出頻(pin)率在(zai)額定頻(pin)率以上時，電壓卻不可以繼續增加，最(zui)高(gao)只能是等于電機(ji)的額定電壓。

工(gong)頻電(dian)源(yuan)：由電(dian)網提供的動力電(dian)源(yuan)（商用電(dian)源(yuan)）。

起動電流：當電機開(kai)始運轉時，變頻器(qi)的輸出電流。

變(bian)頻器驅動時的起動轉(zhuan)矩和最大(da)轉(zhuan)矩要小于直接用工頻電源驅動。

電(dian)機(ji)在(zai)工(gong)頻(pin)(pin)電(dian)源(yuan)供(gong)(gong)電(dian)時起(qi)動(dong)(dong)和加(jia)(jia)速(su)沖(chong)擊很大，而(er)當(dang)使用變(bian)頻(pin)(pin)器供(gong)(gong)電(dian)時，這些沖(chong)擊就(jiu)要弱一(yi)些。工(gong)頻(pin)(pin)直(zhi)接(jie)起(qi)動(dong)(dong)會產生(sheng)一(yi)個大的(de)起(qi)動(dong)(dong)起(qi)動(dong)(dong)電(dian)流。而(er)當(dang)使用變(bian)頻(pin)(pin)器時，變(bian)頻(pin)(pin)器的(de)輸(shu)出電(dian)壓和頻(pin)(pin)率是(shi)逐漸加(jia)(jia)到電(dian)機(ji)上的(de)，所以電(dian)機(ji)起(qi)動(dong)(dong)電(dian)流和沖(chong)擊要小些。

通(tong)常(chang)，電機產生的轉矩要隨頻率的減(jian)小（速度降低）而減(jian)小。減(jian)小的實際數據在有的變(bian)頻器手冊(ce)中會給出說(shuo)明。

通過使(shi)用(yong)磁通矢(shi)量控制的變頻器(qi)，將改善(shan)電機(ji)低速時轉矩的不足，甚至在(zai)低速區電機(ji)也可輸出足夠的轉矩。

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1、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(de)電機是(shi)按50Hz電壓設計(ji)制造(zao)的(de)，其額定(ding)轉(zhuan)矩也(ye)是(shi)在(zai)這個電壓范圍內給出的(de)。因此在(zai)額定(ding)頻率之下的(de)調速稱為恒轉(zhuan)矩調速.(T=Te,P<=Pe)

變頻(pin)器輸出頻(pin)率大于50Hz頻(pin)率時，電機產生的轉矩(ju)要以和頻(pin)率成反(fan)比的線性關(guan)系下降。

當電(dian)機以大于50Hz頻率(lv)速度運行時，電(dian)機負載的大小必須要給予(yu)考慮，以防止電(dian)機輸出(chu)轉(zhuan)矩的不足。

舉例，電機(ji)在100Hz時產生的(de)轉(zhuan)矩(ju)大約要(yao)降低(di)到50Hz時產生轉(zhuan)矩(ju)的(de)1/2。

因(yin)此在額定頻率(lv)之上的調(diao)速(su)稱為(wei)恒(heng)功率(lv)調(diao)速(su)(P=Ue*Ie)。

2、變頻器50Hz以上的應用情況

大家(jia)知道，對一個特(te)定(ding)(ding)的電(dian)機來說(shuo)，其(qi)額定(ding)(ding)電(dian)壓和(he)額定(ding)(ding)電(dian)流是不(bu)變的。

如(ru)變頻(pin)器和電(dian)(dian)機額定值都是：15kW/380V/30A，電(dian)(dian)機可以工作(zuo)在50Hz以上。

當轉速為(wei)50Hz時，變頻(pin)器的(de)輸(shu)出(chu)電壓為(wei)380V，電流為(wei)30A。這時如果增大輸(shu)出(chu)頻(pin)率到(dao)60Hz，變頻(pin)器的(de)最大輸(shu)出(chu)電壓電流還(huan)只能為(wei)380V/30A。很(hen)顯然輸(shu)出(chu)功率不變，所以(yi)我們稱之為(wei)恒(heng)功率調速。

這時的(de)轉矩情(qing)況怎樣呢(ni)？

因為P=wT（w：角速度，T：轉矩）。因為P不變(bian)，w增(zeng)加了，所以轉矩會相應減小。

我們還可(ke)以再(zai)換一個角度來看:

電(dian)(dian)機(ji)的定子(zi)電(dian)(dian)壓U=E+I*R（I為(wei)電(dian)(dian)流，R為(wei)電(dian)(dian)子(zi)電(dian)(dian)阻，E為(wei)感應電(dian)(dian)勢）

可以看出，U、I不變時，E也(ye)不變。

而E=k*f*X，（k：常數，f：頻(pin)率(lv)，X：磁通(tong)），所(suo)以當f由(you)50-->60Hz時，X會相應減小。

對(dui)于(yu)電機(ji)來(lai)說(shuo)，T=K*I*X，(K：常數，I：電流，X：磁通(tong)），因此轉矩T會(hui)跟著磁通(tong)X減小(xiao)而減小(xiao)。

同時(shi)，小于50Hz時(shi)，由(you)于I*R很小，所(suo)以(yi)U/f=E/f不變(bian)時(shi)，磁通(tong)(X)為(wei)常(chang)數。轉(zhuan)矩(ju)T和電流成正(zheng)比。這也就是為(wei)什么通(tong)常(chang)用變(bian)頻器的(de)過流能力來描(miao)述其過載(zai)(轉(zhuan)矩(ju))能力。并稱(cheng)為(wei)恒轉(zhuan)矩(ju)調速(su)(額定電流不變(bian)-->最(zui)大轉(zhuan)矩(ju)不變(bian))。

結論：當變頻(pin)器輸出(chu)頻(pin)率(lv)從50Hz以上(shang)增(zeng)加時(shi)，電機的輸出(chu)轉矩會減小。

3、其他和輸出轉矩有關的因素

發熱(re)和散熱(re)能(neng)力(li)決定變頻(pin)器(qi)的輸出電流能(neng)力(li)，從而影(ying)響變頻(pin)器(qi)的輸出轉矩能(neng)力(li)。

載(zai)波頻率(lv)：一般變頻器所標的(de)(de)額定(ding)電流都是(shi)以最高(gao)載(zai)波頻率(lv)，最高(gao)環境溫度下能保證持續輸出的(de)(de)數值。降(jiang)低載(zai)波頻率(lv)，電機(ji)的(de)(de)電流不會受到影(ying)響。但(dan)元器件(jian)的(de)(de)發熱會減小。

環(huan)境(jing)溫度：就象不會因為檢(jian)測到(dao)周圍(wei)溫度比較低時就增大變頻(pin)器保護電(dian)流值.

海拔高度：海拔高度增加，對(dui)散熱和(he)絕緣性能都有影(ying)響。一般1000m以下(xia)可以不考慮。以上每1000米降容5%就可以了。

4、矢量控制是怎樣改善電機的輸出轉矩能力的？

*1:轉矩提升

此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時），以補償定子電阻上電壓降引起(qi)的輸出轉(zhuan)矩損失，從而改善電機的輸出轉(zhuan)矩。

改善(shan)電(dian)機低速輸出轉(zhuan)矩不足(zu)的技術

使用矢量控制，可以使電(dian)機在低速(su),如(無速(su)度傳感器時)1Hz（對4極電(dian)機，其(qi)轉(zhuan)速(su)大約(yue)為30r/min）時的輸(shu)出轉(zhuan)矩可以達到電(dian)機在50Hz供電(dian)輸(shu)出的轉(zhuan)矩（最大約(yue)為額定(ding)轉(zhuan)矩的150％）。

對(dui)于(yu)常規(gui)的(de)V/F控制，電(dian)(dian)機(ji)的(de)電(dian)(dian)壓降隨著電(dian)(dian)機(ji)速度的(de)降低(di)而(er)相對(dui)增加，這就導致由(you)于(yu)勵磁不(bu)足(zu)(zu)，而(er)使電(dian)(dian)機(ji)不(bu)能獲得足(zu)(zu)夠的(de)旋轉力。為了補(bu)償(chang)這個(ge)不(bu)足(zu)(zu)，變(bian)頻(pin)器中需要通過提高(gao)電(dian)(dian)壓，來補(bu)償(chang)電(dian)(dian)機(ji)速度降低(di)而(er)引起(qi)的(de)電(dian)(dian)壓降。變(bian)頻(pin)器的(de)這個(ge)功能叫(jiao)做(zuo)轉矩提升（*1）。

轉矩提升功能是提高變頻器的輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓。然(ran)而即使(shi)提高很(hen)多(duo)輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓，電(dian)(dian)機轉矩(ju)(ju)并不(bu)能和其電(dian)(dian)流相(xiang)對應的提高。因為電(dian)(dian)機電(dian)(dian)流包含(han)電(dian)(dian)機產(chan)生(sheng)的轉矩(ju)(ju)分量和其它(ta)分量（如勵(li)磁(ci)分量）。

矢量(liang)控制把(ba)電(dian)機的電(dian)流(liu)值進(jin)行分(fen)配(pei)，從而確定產生轉矩的電(dian)機電(dian)流(liu)分(fen)量(liang)和(he)其它(ta)電(dian)流(liu)分(fen)量(liang)（如勵(li)磁分(fen)量(liang)）的數值。

矢量控(kong)制可以通過對電機(ji)端的電壓降(jiang)的響應(ying)，進行(xing)優(you)化補償，在不(bu)增加(jia)電流的情況下，允(yun)許電機(ji)產出大(da)的轉矩(ju)。此(ci)功(gong)能對改善電機(ji)低速時溫(wen)升也有效。