電機(jī)轉(zhuǎn)矩與變頻器的關(guān)系以及變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性分析

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯電機(jī)轉(zhuǎn)矩與變頻器的關(guān)系以及變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性分析 1. 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地轉(zhuǎn)變？電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位為 r/min，即 每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm. 例如：2極電機(jī) 50Hz 3000 r/min，4極電機(jī) 50Hz 1500 r/min電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式溝通電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)。感應(yīng)式溝通電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理打算電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)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轉(zhuǎn)變?cè)?/p>

2、值來(lái)調(diào)整電機(jī)的速度。另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)整后再供應(yīng)電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的掌握。因此，以掌握頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。 n = 60f/pn: 同步速度f(wàn): 電源頻率p: 電機(jī)極對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)掌握方法假如僅轉(zhuǎn)變頻率而不轉(zhuǎn)變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過電壓（過勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在轉(zhuǎn)變頻率的同時(shí)必需要同時(shí)轉(zhuǎn)變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不行以連續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz轉(zhuǎn)變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V轉(zhuǎn)變到約200

3、V2. 當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）轉(zhuǎn)變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？*1: 工頻電源 由電網(wǎng)供應(yīng)的動(dòng)力電源（商用電源）*2: 起動(dòng)電流 當(dāng)電機(jī)開頭運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器的輸出電流-變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)-電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是漸漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。 通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說(shuō)明。 通過使用磁通矢量掌握的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低

4、速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。3. -當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低-通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te, P=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必需要賜予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速. (P=Ue*Ie) 胡海接節(jié)能改造 自動(dòng)化掌握系統(tǒng)改

5、造 掌握柜 變頻器修理 plc解密編程4. 變頻器50Hz以上的應(yīng)用狀況大家知道, 對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來(lái)說(shuō), 其額定電壓和額定電流是不變的.如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí), 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時(shí)假如增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很明顯輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調(diào)速.這時(shí)的轉(zhuǎn)矩狀況怎樣呢?由于P=wT (w:角速度, T:轉(zhuǎn)矩). 由于P不變, w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小.我們還可以再換一個(gè)角度來(lái)看:電機(jī)的定子電壓 U = E + I*

6、R (I為電流, R為電子電阻, E為感應(yīng)電勢(shì))可以看出, U,I不變時(shí), E也不變.而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當(dāng)f由50-60Hz時(shí), X會(huì)相應(yīng)減小對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō), T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小.同時(shí), 小于50Hz時(shí), 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時(shí), 磁通(X)為常數(shù). 轉(zhuǎn)矩T和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過流力量來(lái)描述其過載(轉(zhuǎn)矩)力量. 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-最大轉(zhuǎn)矩不變)結(jié)論: 當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí), 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小.5.

7、 其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素發(fā)熱和散熱力量打算變頻器的輸出電流力量，從而影響變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩力量。載波頻率: 一般變頻器所標(biāo)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(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。環(huán)境溫度：就象不會(huì)由于檢測(cè)到四周溫度比較低時(shí)就增大變頻器愛護(hù)電流值.海拔高度: 海拔高度增加, 對(duì)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.胡海接節(jié)能改造 自動(dòng)化掌握系統(tǒng)改造 掌握柜 變頻器修理 PLC解密編程6. 矢量掌握是怎樣改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩力量的？*1: 轉(zhuǎn)矩提升

8、 此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時(shí)），以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。*2 改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)使用"矢量掌握"，可以使電機(jī)在低速,如(無(wú)速度傳感器時(shí))1Hz（對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150）。 *3對(duì)于常規(guī)的V/F掌握，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補(bǔ)償這個(gè)不足，變頻器中需要通過提高電壓，來(lái)補(bǔ)償電機(jī)速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個(gè)功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"

9、;（*1）。 *4轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高許多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。 由于電機(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩重量和其它重量（如勵(lì)磁重量）。 "矢量掌握"把電機(jī)的電流值進(jìn)行安排，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流重量和其它電流重量（如勵(lì)磁重量）的數(shù)值。 "矢量掌握"可以通過對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的狀況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。 7、對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)掌握時(shí)，電動(dòng)機(jī)的主磁通應(yīng)保持額定值不變。三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為: E1=4.44f1N1 式中 E1

10、-定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的方均根值(V) f1-定子頻率(Hz)N1-定子相繞組有效匝數(shù)；-每極磁通量(Wb)假如不計(jì)定子阻抗壓降，則U1E1=4.44f1N1 若端電壓U1不變，則隨著f1的上升，氣隙磁通將減小，又從轉(zhuǎn)矩公式: T=CMI2COS2可以看出，的減小勢(shì)必導(dǎo)致電機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩T下降，降低電機(jī)的出力。同時(shí)，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將降低，嚴(yán)峻時(shí)會(huì)使電機(jī)堵轉(zhuǎn)，若維持端電壓U1不變，而減小f1。則氣隙磁通將增加。這就會(huì)使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵損急劇增加，這也是不允許的。因此在很多場(chǎng)合，要求在調(diào)頻的同時(shí)轉(zhuǎn)變定子電壓U1，以維持接近不變。下面分兩種狀況說(shuō)明：1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載力量，應(yīng)保持氣隙主磁通不變，這就要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/f1常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行掌握，這種掌握又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式?？梢越频乇３侄ㄗ与妷篣1和頻率f1的比值為常數(shù)，即認(rèn)為E1U1，保持U1/f1=常數(shù)。這就是恒壓頻比掌握方式，是近似的恒磁通掌握。2.基頻以上的弱磁變頻調(diào)速這是考慮由基頻開頭向上調(diào)速的狀況。頻率由額定值向上增大時(shí)，電壓U1由于受額定電壓U1N的限制不能再上升，只能保持U1=U1N不變， 這樣必定會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的