分享好友 水电电工首页 水电电工分类 切换频道

变频器控制电机转速的工作原理

2024-08-05 09:12570建材之家

变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、再次整流(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。 

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均为此类型电机。感应式交流电机(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,是做为电机调速设备的优选设备。 

结论:改变频率和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。 

工频电源 :由电网提供的动力电源(商用电源) 

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。 

1. 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) 

2. 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. 所以我们称之为恒功率调速. 

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。 

我们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. 

3. 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, 最高环境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。 

环境温度: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. 

4. 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。 

举报
收藏 0
打赏 0
评论 0
停送电操作指导书
一、 停送电倒闸操作必须听从调度指挥,并与用户取得联系后方可进行。二、 严格执行“电业安全规程”及“两票”制度执行一人操作,一人监护。三、 送电必须按母线侧刀闸、线路刀闸、油开关顺序操作,停电顺序相反,严禁带负荷拉闸。四、 停电后应立即挂好停电标志牌,严防挂错。五、 停电操作必须戴绝缘手套、穿绝缘鞋,站在绝缘垫上。六、 高压设备均为双回路供电,一回使用一回备用,严格执行双回路送电有

0评论2024-10-0445

DCS控制系统和PLC控制系统的区别
1. DCS是一种“分散式控制系统”,而PLC只是一种(可编程控制器)控制“装置”,两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能。  2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经,和利时公司的MACS系统中的系统网采用的是双冗余的100Mbps的工业以太网,采用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展

0评论2024-10-0467

Modbus以及Modbus Plus有什么区别?
Modbus是一种通讯结构,广泛应用在智能设备之间进行主-从方式通讯。一个Modbus信息桢包括从机地址、功能码、数据区和数据校验码。正因为 Modbus仅仅定义了通讯结构,所以可以使用RS232、RS422和RS485端口,可以使用光纤、无线等媒质实现通讯。而 Modbus Plus则是一种典型的令牌环网,完整定义了通讯协议、网络结构、连接电缆(或者光缆)以及安装工具等方面的性能指标。

0评论2024-10-0435

继电保护安全措施票
近几年的继电保护事故通报中,由于漏拆、误拆有关连线或漏退、误投有关压板,造成运行开关误掉闸的现象时有发生。从各起事故中总结出,大部分原因是未认真执行现场继电保护安全措施票。下面对某发电厂具体执行继电保护安全措施票的情况作一介绍。 1 继电保护安全措施票的格式 继电保护安 全措施票的格式是参照《继电保护和电网安全自动装置现场工作保安规定》中的格式,并稍加改动 而形成,主要在内容格式上和审批格式

0评论2024-10-0433

西门子S7-200高速计数器怎么接收伺服驱动器的A相B相Z相差动信号
想利用西门子S7-200PLC的高速计数器,采集伺服驱动器的反馈编码器值,利用高速计数器采集到的值,在程序中比较好控制伺服电机实际运行的位置.答:西门子的200无法直接采集差分信号,因此你需要买个转化板进行转换(即使是224xp也只是支持集电极开路的0到5v,并不是差分)其次每个cpu的循环周期都得10ms左右,如果你在程序中比较实际位置,在进行输出的话很有很大的延迟,除非速度很慢,否则在

0评论2024-10-0460

双电源供电配电图
双电源供电配电图

0评论2024-10-0449

西门子变频器预充电的问题
变频器在放置很长时间不使用时,首次上电需要执行预充电,有人说需要用直流调压器直接接在母线正负极,慢慢升压,我想问的是变频器不是有预充电的吗,为什么还要用直流调压器啊?预充电有预充电电阻和预充电继电器,那么预充电继电器吸合和断开的时间是由什么来控制呢,这个时间可调吗?还有,如果接上输入电源,但是不启动,那么这个时候是不是在执行预充电?另外,如果不执行任何形式的预充电,变频器是在接上输入电源时主

0评论2024-10-0470

51单片机CPU的内部结构及工作原理
从上图中我们可以看到,在虚线框内的就是CPU的内部结构了,8位的MCS-51单片机的CPU内部有数术逻辑单元ALU(Arithmetic Logic Unit)、累加器A(8位)、寄存器B(8位)、程序状态字PSW(8位)、程序计数器PC(有时也称为指令指针,即IP,16位)、地址寄存器AR(16位)、数据寄存器DR(8位)、指令寄存器IR(8位)、指令译码器ID、控制器等部件组成。1、运

0评论2024-10-0474

电功率计算公式的灵活变通
现有一个碳膜电阻,其额定电功率为P=1W(瓦),额定电阻为R=100Ω(欧);知道这两个数值后需要计算出这个电阻的额定电流I以及额定电压U。解题:我们知道电功率公式是P=UI,现在我们知道电功率和电阻,所以电功率公式要转换一下,转换计算公式为:P=I²R;但是我们需要计算的是电流,所以I²=P/R,然后把I开方就计算出了电流:电流:然后我们代入上面的公式中,I=1/10

0评论2024-10-0492

编码器工作原理
绝对脉冲编码器:APC  增量脉冲编码器:SPC  两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件.  旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有),和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲,而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。  增量型编码器与绝

0评论2024-10-0468