變頻器工作原理及組成

1. 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？
*1: r/min
電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：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]
結(jié)論：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)式交流電機(jī)，在工業(yè)中所使用的大部分電機(jī)均為此類(lèi)型電機(jī)。感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱(chēng)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)的工作原理決定電機(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(guò)改變?cè)撝祦?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)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機(jī)極對(duì)數(shù)
結(jié)論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法
如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過(guò)電壓（過(guò)勵(lì)磁），導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(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改變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
2. 當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？
*1: 工頻電源
由電網(wǎng)提供的動(dòng)力電源（商用電源）
*2: 起動(dòng)電流
當(dāng)電機(jī)開(kāi)始運(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逐漸加到電機(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(guò)使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(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(chēng)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)載的大小必須要給予考慮，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(chēng)為恒功率調(diào)速. (P=Ue*Ie)
4. 變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況
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)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(chēng)之為恒功率調(diào)速.
這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?
因?yàn)镻=wT (w:角速度 T:轉(zhuǎn)矩). 因?yàn)镻不變 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*R (I為電流 R為電子電阻 E為感應(yīng)電勢(shì))
可以看出 UI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
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。