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变频器是怎样控制电机转速
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）<
/p>
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
< br>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？
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*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<
/p>
频率时，电机的输出转矩将降低
<
/p>
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
50
Hz
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
60H
z,
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
?
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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<
/p>
, 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
< br>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：就象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
.
6.
矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？
*1:
转矩提升
此功能增加变频器的输出电压
（主要是低频时）
，以补偿定子
电阻上电压降引起的输出转矩
损失，从而改善电机的输出转矩。
$$
改善电机低速输出转矩不足的技术
使用
矢量控制
，可以使电机在低速
,
如
(
无速度传感器时
)1Hz
（对
4
极电机，其转速大约为
30r/
min
）时的输出转矩可以达到电机在
50Hz
供电输出的转矩（最大约为额定转矩的
150
％）。<
/p>
对于常规的
V/F
控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁
不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，
来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做
转矩提升
（
*1
）。
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