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變頻器工作原理簡介

　　變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的

1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？

1： r/min

　　電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數(shù)，也可表示為rpm.  

例如：

　　2極電機 50Hz 3000 [r/min]

　　4極電機 50Hz 1500 [r/min]

　　結論：電機的旋轉速度同頻率成比例

　　本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業(yè)中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數(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整電機的速度。

　　另外，頻率能夠在電機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉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，是做為電機調速設備的優(yōu)選設備。

  n = 60f/p                                                      

n： 同步速度                                                      

f： 電源頻率                                                    

p： 電機極對數(shù)

結論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法

　　如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。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，最高只能是等于電機的額定電壓。

　　例如：為了使電機的旋轉速度減半，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、當電機的旋轉速度（頻率）改變時，其輸出轉矩會怎樣？

　1： 工頻電源 ：由電網提供的動力電源（商用電源）

　2： 起動電流 ：當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流  變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動  電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。

　　通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。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，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉矩。

3. 當變頻器調速到大于50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低。

　　通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te， P<=Pe)

　　變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。變頻器知識匯編

　當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。

　　舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速. (P=Ue*Ie)

4. 變頻器50Hz以上的應用情況

　　大家知道， 對一個特定的電機來說， 其額定電壓和額定電流是不變的。  如變頻器和電機額定值都是：15kW/380V/30A，電機可以工作在50Hz以上。

　　當轉速為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， 變頻器的最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速，這時的轉矩情況怎樣呢?

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

我們還可以再換一個角度來看：電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流，R為電子電阻，E為感應電勢)  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f由50-->60Hz時， X會相應減小

　　對于電機來說，T=K*I*X，(K：常數(shù)，I：電流，X：磁通)，因此轉矩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(轉矩)能力. 并稱為恒轉矩調速(額定電流不變-->最大轉矩不變)

　　結論：當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時， 電機的輸出轉矩會減小.

5. 其他和輸出轉矩有關的因素

　　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矩能力。

　　載波頻率： 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率， 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率， 電機的電流不會受到影響。但元器件的發(fā)熱會減小。

　　環(huán)境溫度：就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值.

　　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. 以上每1000米降容5%就可以了。

6. 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的輸出轉矩損失，從而改善電機的輸出轉矩。  

　　2：改善電機低速輸出轉矩不足的技術

　　使用"矢量控制"，可以使電機在低速，如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150％）。

對于常規(guī)的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"轉矩提升"（*1）。

　　轉矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。

　　"矢量控制"把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數(shù)值。

　　"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。