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变频器的工作原理

来源:深圳精展达自动化 | 发布时间:2015-05-20 | 浏览次数:   | 字体大小:     

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变频器工作原理简介
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?
1: r/min
电机旋转速度单位: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
本文中所指的电机为感应式交流电机,在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机(以后简称为电机)的旋转速度近似地确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),所以一般不适和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?

1: 工频电源 :由电网提供的动力电源(商用电源)
2: 起动电流 :当电机开始运转时,变频器的输出电流 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。变频器知识汇编
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。 如四方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。
 

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