電機轉矩與變頻器的關係

2022-12-22 08:42:02 字數 2654 閱讀 2054

1.電機的旋轉速度為什麼能夠自由地改變?(1): r/min

電機旋轉速度單位:每分鐘旋轉次數,也可表示為rpm.例如:2極電機50hz 3000 [r/min]4極電機50hz 1500 [r/min]

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,在工業中所使用的大部分電機均為此型別電機。感應式交流電機(以後簡稱為電機)的旋轉速度近似地確決於電機的極數和頻率。

由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由於該極數值不是乙個連續的數值(為2的倍數,例如極數為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後再供給電機,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,是做為電機調速裝置的優選裝置。n = 60f/pn:同步速度f:

電源頻率p:電機極對數

改變頻率和電壓是最優的電機控制方法

如果僅改變頻率而不改變電壓,頻率降低時會使電機出於過電壓(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,電壓卻不可以繼續增加,最高只能是等於電機的額定電壓。

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於直接用工頻電源驅動。電機在工頻電源供電時起動和加速衝擊很大,而當使用變頻器供電時,這些衝擊就要弱一些。工頻直接起動會產生乙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衝擊要小些。通常,電機產生的轉矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。通過使用磁通向量控制的變頻器,將改善電機低速時轉矩的不足,甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。

3.當變頻器調速到大於50hz頻率時,電機的輸出轉矩將降低

通常的電機是按50hz電壓設計製造的,其額定轉矩也是在這個電壓範圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恆轉矩調速. (t=te, p<=pe)

變頻器輸出頻率大於50hz頻率時,電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關係下降。

當電機以大於50hz頻率速度執行時,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恆功率調速.

(p=ue*ie)

4.變頻器50hz以上的應用情況

對乙個特定的電機來說,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.

所以我們稱之為恆功率調速.

轉矩情況: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.

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, f:頻率, x:

磁通),所以當f由50-->60hz時, x會相應減小對於電機來說, t=k*i*x, (k:常數, i:電流, x:

磁通),因此轉矩t會跟著磁通x減小而減小.

同時,小於50hz時,由於i*r很小,所以u/f=e/f不變時,磁通(x)為常數.轉矩t和電流成正比.這也就是為什麼通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力.

並稱為恆轉矩調速(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,最高環境溫度下能保證持續輸出的數值.降低載波頻率,電機的電流不會受到影響。但元器件的發熱會減小。

環境溫度: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公尺降容5%就可以了.

6.向量控制是怎樣改善電機的輸出轉矩能力的?(1):轉矩提公升

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"向量控制",可以使電機在低速,如(無速度感測器時)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%)。

對於常規的v/f控制,電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加,這就導致由於勵磁不足,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"轉矩提公升"(*1)。

轉矩提公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,電機轉矩並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)。

"向量控制"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)的數值。

"向量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應,進行優化補償,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公升也有效。

電機轉矩與變頻器的關係

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