变頻(pín)器控制电机转速的原理
摘要(yào)：变頻(pín)器主要(yào)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(wēi)处理单元等组成的。1.电机的旋转速度為(wèi)什么能(néng)够自(zì)由地(dì)改变？*1:r/min电机旋转速度单位：每分鐘(zhōng)旋转次數(shù)，也可(kě)表示為(wèi)rpm.例如(rú)：2极电机50Hz3000[r/min]4极电机50Hz1500[r/min]结论：电机的旋转速度同頻(pín)率成比例本文中所指的电...
变頻(pín)器主要(yào)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(wēi)处理单元等组成的。
1. 电机的旋转速度為(wèi)什么能(néng)够自(zì)由地(dì)改变？
*1: r/min
电机旋转速度单位：每分鐘(zhōng)旋转次數(shù)，也可(kě)表示為(wèi)rpm.
例如(rú)：2极电机 50Hz 3000 [r/min]
4极电机 50Hz 1500 [r/min]
结论：电机的旋转速度同頻(pín)率成比例
本文中所指的电机為(wèi)感应式交流电机，在工(gōng)业中所使用的大部分电机均為(wèi)此类型电机。感应式交流电机（以后简称為(wèi)电机）的旋转速度近似地(dì)确决于电机的极數(shù)和(hé)頻(pín)率。由电机的工(gōng)作(zuò)原理决定电机的极數(shù)是固定不变的。由于该极數(shù)值不是一(yī)个连续的數(shù)值（為(wèi)2的倍數(shù)，例如(rú)极數(shù)為(wèi)2，4，6），所以一(yī)般不适和(hé)通(tōng)过改变该值来调整电机的速度。
另外(wài)，頻(pín)率能(néng)够在电机的外(wài)面调节后再供给电机，這(zhè)样电机的旋转速度就可(kě)以被自(zì)由的控制。
因此，以控制頻(pín)率為(wèi)目的的变頻(pín)器，是做(zuò)為(wèi)电机调速设备的优选设备。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 电源頻(pín)率
p: 电机极对數(shù)
结论：改变頻(pín)率和(hé)电压是较优的电机控制方法
如(rú)果仅改变頻(pín)率而不改变电压，頻(pín)率降低(dī)時(shí)会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可(kě)能(néng)被烧坏。因此变頻(pín)器在改变頻(pín)率的同時(shí)必须要(yào)同時(shí)改变电压。输出頻(pín)率在额定頻(pín)率以上(shàng)時(shí)，电压却不可(kě)以继续增加，较高只能(néng)是等于电机的额定电压。
例如(rú)：為(wèi)了(le)使电机的旋转速度减半，把变頻(pín)器的输出頻(pín)率從(cóng)50Hz改变到25Hz，這(zhè)時(shí)变頻(pín)器的输出电压就需要(yào)從(cóng)400V改变到约200V
2. 当电机的旋转速度（頻(pín)率）改变時(shí)，其输出转矩会怎样？
*1: 工(gōng)頻(pín)电源
由电网提供的动力电源（商用电源）
*2: 起动电流
当电机開(kāi)始运转時(shí)，变頻(pín)器的输出电流
变頻(pín)器驱动時(shí)的起动转矩和(hé)较大转矩要(yào)小于直接用工(gōng)頻(pín)电源驱动
电机在工(gōng)頻(pín)电源供电時(shí)起动和(hé)加速冲击很(hěn)大，而当使用变頻(pín)器供电時(shí)，這(zhè)些冲击就要(yào)弱一(yī)些。工(gōng)頻(pín)直接起动会产生一(yī)个大的起动起动电流。而当使用变頻(pín)器時(shí)，变頻(pín)器的输出电压和(hé)頻(pín)率是逐渐加到电机上(shàng)的，所以电机起动电流和(hé)冲击要(yào)小些。
通(tōng)常，电机产生的转矩要(yào)随頻(pín)率的减小（速度降低(dī)）而减小。减小的实际數(shù)据在有的变頻(pín)器手册中会给出说明(míng)。
通(tōng)过使用磁通(tōng)矢量控制的变頻(pín)器，将改善电机低(dī)速時(shí)转矩的不足，甚至在低(dī)速區(qū)电机也可(kě)输出足够的转矩。
3. 当变頻(pín)器调速到大于50Hz頻(pín)率時(shí)，电机的输出转矩将降低(dī)
通(tōng)常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在這(zhè)个电压范围內(nèi)给出的。因此在额定頻(pín)率之下(xià)的调速称為(wèi)恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe)
变頻(pín)器输出頻(pín)率大于50Hz頻(pín)率時(shí)，电机产生的转矩要(yào)以和(hé)頻(pín)率成反比的线性关系下(xià)降。
当电机以大于50Hz頻(pín)率速度运行(xíng)時(shí)，电机负载的大小必须要(yào)给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
举例，电机在100Hz時(shí)产生的转矩大约要(yào)降低(dī)到50Hz時(shí)产生转矩的1/2。
因此在额定頻(pín)率之上(shàng)的调速称為(wèi)恒功率调速. (P=Ue*Ie)
4. 变頻(pín)器50Hz以上(shàng)的应用情况
大家知道(dào), 对一(yī)个特定的电机来说, 其额定电压和(hé)额定电流是不变的。
如(rú)变頻(pín)器和(hé)电机额定值都(dōu)是: 15kW/380V/30A, 电机可(kě)以工(gōng)作(zuò)在50Hz以上(shàng)。
当转速為(wèi)50Hz時(shí), 变頻(pín)器的输出电压為(wèi)380V, 电流為(wèi)30A. 這(zhè)時(shí)如(rú)果增大输出頻(pín)率到60Hz, 变頻(pín)器的较大输出电压电流还只能(néng)為(wèi)380V/30A. 很(hěn)显然输出功率不变. 所以我们称之為(wèi)恒功率调速.
這(zhè)時(shí)的转矩情况怎样呢?
因為(wèi)P=wT (w:角速度, T:转矩). 因為(wèi)P不变, w增加了(le), 所以转矩会相应减小。
我们还可(kě)以再换一(yī)个角度来看(kàn):
电机的定子电压 U = E + I*R (I為(wèi)电流, R為(wèi)电子电阻, E為(wèi)感应电势)
可(kě)以看(kàn)出, U,I不变時(shí), E也不变.
而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻(pín)率, X:磁通(tōng)), 所以当f由50-->60Hz時(shí), X会相应减小
对于电机来说, T=K*I*X, (K:常數(shù), I:电流, X:磁通(tōng)), 因此转矩T会跟着磁通(tōng)X减小而减小.
同時(shí), 小于50Hz時(shí), 由于I*R很(hěn)小, 所以U/f=E/f不变時(shí), 磁通(tōng)(X)為(wèi)常數(shù). 转矩T和(hé)电流成正比. 這(zhè)也就是為(wèi)什么通(tōng)常用变頻(pín)器的过流能(néng)力来描述其过载(转矩)能(néng)力. 并称為(wèi)恒转矩调速(额定电流不变-->较大转矩不变)
1. 电机的旋转速度為(wèi)什么能(néng)够自(zì)由地(dì)改变？
*1: r/min
电机旋转速度单位：每分鐘(zhōng)旋转次數(shù)，也可(kě)表示為(wèi)rpm.
例如(rú)：2极电机 50Hz 3000 [r/min]
4极电机 50Hz 1500 [r/min]
结论：电机的旋转速度同頻(pín)率成比例
本文中所指的电机為(wèi)感应式交流电机，在工(gōng)业中所使用的大部分电机均為(wèi)此类型电机。感应式交流电机（以后简称為(wèi)电机）的旋转速度近似地(dì)确决于电机的极數(shù)和(hé)頻(pín)率。由电机的工(gōng)作(zuò)原理决定电机的极數(shù)是固定不变的。由于该极數(shù)值不是一(yī)个连续的數(shù)值（為(wèi)2的倍數(shù)，例如(rú)极數(shù)為(wèi)2，4，6），所以一(yī)般不适和(hé)通(tōng)过改变该值来调整电机的速度。
另外(wài)，頻(pín)率能(néng)够在电机的外(wài)面调节后再供给电机，這(zhè)样电机的旋转速度就可(kě)以被自(zì)由的控制。
因此，以控制頻(pín)率為(wèi)目的的变頻(pín)器，是做(zuò)為(wèi)电机调速设备的优选设备。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 电源頻(pín)率
p: 电机极对數(shù)
结论：改变頻(pín)率和(hé)电压是较优的电机控制方法
如(rú)果仅改变頻(pín)率而不改变电压，頻(pín)率降低(dī)時(shí)会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可(kě)能(néng)被烧坏。因此变頻(pín)器在改变頻(pín)率的同時(shí)必须要(yào)同時(shí)改变电压。输出頻(pín)率在额定頻(pín)率以上(shàng)時(shí)，电压却不可(kě)以继续增加，较高只能(néng)是等于电机的额定电压。
例如(rú)：為(wèi)了(le)使电机的旋转速度减半，把变頻(pín)器的输出頻(pín)率從(cóng)50Hz改变到25Hz，這(zhè)時(shí)变頻(pín)器的输出电压就需要(yào)從(cóng)400V改变到约200V
2. 当电机的旋转速度（頻(pín)率）改变時(shí)，其输出转矩会怎样？
*1: 工(gōng)頻(pín)电源
由电网提供的动力电源（商用电源）
*2: 起动电流
当电机開(kāi)始运转時(shí)，变頻(pín)器的输出电流
变頻(pín)器驱动時(shí)的起动转矩和(hé)较大转矩要(yào)小于直接用工(gōng)頻(pín)电源驱动
电机在工(gōng)頻(pín)电源供电時(shí)起动和(hé)加速冲击很(hěn)大，而当使用变頻(pín)器供电時(shí)，這(zhè)些冲击就要(yào)弱一(yī)些。工(gōng)頻(pín)直接起动会产生一(yī)个大的起动起动电流。而当使用变頻(pín)器時(shí)，变頻(pín)器的输出电压和(hé)頻(pín)率是逐渐加到电机上(shàng)的，所以电机起动电流和(hé)冲击要(yào)小些。
通(tōng)常，电机产生的转矩要(yào)随頻(pín)率的减小（速度降低(dī)）而减小。减小的实际數(shù)据在有的变頻(pín)器手册中会给出说明(míng)。
通(tōng)过使用磁通(tōng)矢量控制的变頻(pín)器，将改善电机低(dī)速時(shí)转矩的不足，甚至在低(dī)速區(qū)电机也可(kě)输出足够的转矩。
3. 当变頻(pín)器调速到大于50Hz頻(pín)率時(shí)，电机的输出转矩将降低(dī)
通(tōng)常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在這(zhè)个电压范围內(nèi)给出的。因此在额定頻(pín)率之下(xià)的调速称為(wèi)恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe)
变頻(pín)器输出頻(pín)率大于50Hz頻(pín)率時(shí)，电机产生的转矩要(yào)以和(hé)頻(pín)率成反比的线性关系下(xià)降。
当电机以大于50Hz頻(pín)率速度运行(xíng)時(shí)，电机负载的大小必须要(yào)给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
举例，电机在100Hz時(shí)产生的转矩大约要(yào)降低(dī)到50Hz時(shí)产生转矩的1/2。
因此在额定頻(pín)率之上(shàng)的调速称為(wèi)恒功率调速. (P=Ue*Ie)
4. 变頻(pín)器50Hz以上(shàng)的应用情况
大家知道(dào), 对一(yī)个特定的电机来说, 其额定电压和(hé)额定电流是不变的。
如(rú)变頻(pín)器和(hé)电机额定值都(dōu)是: 15kW/380V/30A, 电机可(kě)以工(gōng)作(zuò)在50Hz以上(shàng)。
当转速為(wèi)50Hz時(shí), 变頻(pín)器的输出电压為(wèi)380V, 电流為(wèi)30A. 這(zhè)時(shí)如(rú)果增大输出頻(pín)率到60Hz, 变頻(pín)器的较大输出电压电流还只能(néng)為(wèi)380V/30A. 很(hěn)显然输出功率不变. 所以我们称之為(wèi)恒功率调速.
這(zhè)時(shí)的转矩情况怎样呢?
因為(wèi)P=wT (w:角速度, T:转矩). 因為(wèi)P不变, w增加了(le), 所以转矩会相应减小。
我们还可(kě)以再换一(yī)个角度来看(kàn):
电机的定子电压 U = E + I*R (I為(wèi)电流, R為(wèi)电子电阻, E為(wèi)感应电势)
可(kě)以看(kàn)出, U,I不变時(shí), E也不变.
而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻(pín)率, X:磁通(tōng)), 所以当f由50-->60Hz時(shí), X会相应减小
对于电机来说, T=K*I*X, (K:常數(shù), I:电流, X:磁通(tōng)), 因此转矩T会跟着磁通(tōng)X减小而减小.
同時(shí), 小于50Hz時(shí), 由于I*R很(hěn)小, 所以U/f=E/f不变時(shí), 磁通(tōng)(X)為(wèi)常數(shù). 转矩T和(hé)电流成正比. 這(zhè)也就是為(wèi)什么通(tōng)常用变頻(pín)器的过流能(néng)力来描述其过载(转矩)能(néng)力. 并称為(wèi)恒转矩调速(额定电流不变-->较大转矩不变)
