变频器主要由整流(交流到DC)、滤波、再整流(DC到交流)、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理器单元组成。
1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变?
电机转速单位:r/min,每分钟的转数,也可以表示为rpm。
例如:2极电机50Hz 3000[转/分钟]
4极电机50Hz 1500[转/分钟]
结论:电机的转速与频率成正比。
感应交流电机(以下简称电机)的转速大致取决于电机的极数和频率。电机的工作原理决定了电机的极数是固定的。由于极数值不是连续值(2的倍数,例如极数为2,4,6),一般不适合通过改变这个数值来调节电机的转速。
此外,可以在电机外部调节频率,然后提供给电机,从而可以自由控制电机的转速。
因此,以频率控制为目的的变频器是电机调速设备的首选设备。
n=60f/p
n:同步速度
f:电源频率
p:电机的极数
结论:改变频率和电压是最优的电机控制方法
如果只改变频率而不改变电压,降低频率时电机会过压(过励磁),可能导致电机烧坏。所以变频器在改变频率的同时必须改变电压。当输出频率高于额定频率时,电压不能继续升高,最高只能等于电机的额定电压。
例如:为了将电机转速减半,将变频器的输出频率从50Hz变为25Hz,那么变频器的输出电压需要从400V变为200V左右。
2. 当电机的旋转速度(频率)改变时,其输出转矩会怎样?
逆变器的起动转矩和最大转矩比直接供电的要小。
当电机由工频电源供电时,起动和加速冲击较大,而用变频器供电时,这些冲击较弱。工频直接起动会产生很大的起动电流。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,所以电机的启动电流和冲击较小。
一般电机产生的扭矩会随着频率(速度)的降低而降低。减少的实际数据将在一些变频器手册中解释。
采用磁通矢量控制的变频器,电机低速时转矩不足的情况将得到改善,电机即使在低速时也能输出足够的转矩。
3. 当变频器调速到大于50Hz频率时,电机的输出转矩将降低
通常电机是在50Hz电压下设计制造的,其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此,低于额定频率的调速称为恒转矩调速。(T=Te,P=Pe)
当变频器的输出频率大于50Hz时,电机产生的转矩会以与频率成反比的线性关系下降。
当电机以大于50Hz的频率运行时,必须考虑电机的负载,以防止电机输出转矩不足。
举例:电机在100赫兹时产生的扭矩应减少到50赫兹时产生的扭矩的1/2左右。
因此,额定频率以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
众所周知,对于特定的电机,其额定电压和额定电流是恒定的。比如变频器和电机的额定值都是15kW/380V/30A,电机可以工作在50Hz以上。
当速度为50Hz时,逆变器的输出电压为380V,电流为30 A.此时如果输出频率提高到60Hz,变频器最大输出电压和电流只能是380V/30A,显然输出功率是不变的,所以我们称之为恒功率调速。
这时的扭矩情况是怎样的?因为P=wT (w:角速度,t:扭矩)。因为p不变,w增加,扭矩会相应减小。
我们可以从另一个角度来看: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,当U和I相同时,E也相同。而E=k*f*X,(k:常数,f:频率,X:磁通量),所以当f为50-60 Hz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),所以转矩T会随着磁通X的减小而减小,同时,在小于50Hz时,由于I*R很小,当U/f=E/f不变时,磁通(X)也不变,转矩T与电流成正比。这就是为什么变频器的过载(转矩)能力通常用它的过电流能力来描述。称为恒转矩调速(恒额定电流-恒最大转矩)
结论:当变频器的输出频率从50Hz以上开始增加时,电机的输出转矩会降低。
5. 其他和输出转矩有关的因素
变频器的输出电流能力由发热和散热能力决定,从而影响变频器的输出转矩能力。
载波频率:一般变频器的额定电流为最高载波频率,能保证在最高环境温度下连续输出。降低载波频率不会影响电机的电流,但会减少元件发热。
环境:就像检测到环境温度较低时,不增加变频器的保护电流值。
海拔:海拔升高会影响散热和保温性能。一般1000m以下的体积可以忽略。以上每1000m减少5%的体积就足够了。
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