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变频器的工作原理


1. 电机振动送料机的旋转速度为什么能够自由地改变?
   电磁振动 *1: r/min
     电机旋转速度单位:每分钟旋转次数  ,也可旋回破碎机表示为rpm.
     例振动粉碎机如:2极电机 50Hz 3000 [r/min]
      4极电机 50Hz 1绞龙输送机500 [r/min]
    
    $电输送机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电磁电机振动给料机均为此类型电机 。
     感应式交流电机(ls螺旋输送机以后简称为电机)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螺旋给料机给电机  ,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  ,是做反击破碎机为电机调速设备的优选设备 。
  喂料机   n = 60f/p
  链条式输送机  n: 同步速度
  管式螺旋输送机  f: 电源频率
    p: 电机极板链提升机对数
  
  $ 改变频率和链板式输送机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?
    *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频率时  ,电机的输出转矩将降低-----
    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50Hz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60Hz, 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vwin德赢网官方下载称之为恒功率调速.
    这时的转矩情况怎样呢?
    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.  
    vwin德赢网官方下载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, 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vwin德赢网官方下载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 。
  vwin德赢网官方下载温度: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%) 。
     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) 。
     转矩提升功能是提高变频器的输出电压 。然而即使提高很多输出电压  ,电机转矩并不能和其电流相对应的提高 。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量(如励磁分量) 。
     "矢量控制"把电机的电流值进行分配  ,从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量(如励磁分量)的数值 。
     "矢量控制"可以通过对电机端的电压降的响应  ,进行优化补偿  ,在不增加电流的情况下  ,允许电机产出大的转矩 。此功能对改善电机低速时温升也有效 。

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