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变频器控制电机转速的方法

发布时间:2020-09-07 23:36:00 点击:    

 
 
起重电机专业生产厂家无锡宏达电机2020年9月7日讯  变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、再次整流(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。


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)的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。由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,是做为电机调速设备的优选设备。 

n = 60f/p  

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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