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防爆變頻器的基本運行原理
2019-11-12 閱讀(1248)
防爆變頻器的基本運行原理
1. 電機的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？ r/min——電機旋轉(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 50Hz 3000 [r/min] ，4極電機 50Hz 1500 [r/min] ，電機的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例。本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業(yè)中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(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改變該值來調(diào)整電機的速度。另外，頻率能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的防爆變頻器，是做為電機調(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: 電機極對數(shù) 可見， 改變頻率和電壓是you的電機控制方法，如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出現(xiàn)過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。因此防爆變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續(xù)增加，gao只能是等于電機的額定電壓。例如：為了使電機的旋轉(zhuǎn)速度減半，把防爆變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時防爆變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V 。
2. 當電機的旋轉(zhuǎn)速度（頻率）改變時，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣？ *1: 工頻電源——由電網(wǎng)提供的動力電源（商用電源）。*2: 起動電流——當電機開始運轉(zhuǎn)時，防爆變頻器的輸出電流。（防爆變頻器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動）電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用防爆變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產(chǎn)生一個大的起動電流。而當使用防爆變頻器時，防爆變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。通常，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。減小的實際數(shù)據(jù)在有的防爆變頻器手冊中會給出說明。通過使用磁通矢量控制的防爆變頻器，將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。
3. -----當防爆變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩將降低----- 通常的電機是按50Hz電壓設(shè)計制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(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)防爆變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機在100Hz時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時產(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)
4. 防爆變頻器50Hz以上的應用情況大家知道, 對一個特定的電機來說, 其額定電壓和額定電流是不變的.如防爆變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機可以工作在50Hz以上，當轉(zhuǎn)速為50Hz時, 防爆變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz, 變頻器的大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恒功率調(diào)速.這時的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?因為P=wT (w:角速度, T:轉(zhuǎn)矩). 因為P不變, w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會相應減小. 我們還可以再換一個角度來看:電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應電勢)，可以看出, U,I不變時, E也不變.而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當f由50-->60Hz時, X會相應減小，對于電機來說,T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉(zhuǎn)矩T會跟著磁通X減小而減小.同時, 小于50Hz時, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時, 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防爆變頻器的過流能力來描述其過載(轉(zhuǎn)矩)能力. 并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-->大轉(zhuǎn)矩不變)。結(jié)論: 當防爆變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時, 電機的輸出轉(zhuǎn)矩會減小.
5. 防爆變頻器的基本運行原理其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素
發(fā)熱和散熱能力決定防爆變頻器的輸出電流能力，從而影響防爆變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。 載波頻率: 一般防爆變頻器所標的額定電流都是以gao載波頻率, gao環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率, 電機的電流不會受到影響。但元器件的發(fā)熱會減小。環(huán)境溫度：就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大防爆變頻器保護電流值.海拔高度: 海拔高度增加, 對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.
6. 矢量控制是怎樣改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩能力的？
轉(zhuǎn)矩提升：此功能增加防爆變頻器的輸出電壓（主要是低頻時），以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩損失，從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù)，使用"矢量控制"，可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。對于常規(guī)的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補償這個不足，防爆變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。防爆變頻器的這個功能叫做"轉(zhuǎn)矩提升"。轉(zhuǎn)矩提升功能是提高防爆變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵磁分量）。“矢量控制”把電機的電流值進行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數(shù)值。"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。
