我們都知道逆變電源是電氣工作中應(yīng)該掌握的一項(xiàng)技術(shù)，利用逆變電源控制電機(jī)是電氣控制中常用的方法;有些還需要熟練使用。

逆變電源控制電機(jī)頻率可調(diào)節(jié)多少

首先，為什么要用逆變電源控制一個(gè)電機(jī)?

我們先簡(jiǎn)單看一下這兩款設(shè)備。

電機(jī)是感性負(fù)載，它抵抗電流的變化，啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電流變化。

逆變電源是利用功率半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)功能將工頻電源轉(zhuǎn)換成另一頻率的功率控制裝置。主要由兩部分電路組成，一是主電路(整流模塊、電解電容、逆變模塊)，二是控制電路(開(kāi)關(guān)電源板、控制電路板)。

為了降低電機(jī)的啟動(dòng)電流，尤其是功率較大的電機(jī)，功率越大，啟動(dòng)電流越大，啟動(dòng)電流過(guò)大會(huì)給供配電網(wǎng)帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)，而逆變電源可以解決這個(gè)啟動(dòng)問(wèn)題，讓電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，不會(huì)造成啟動(dòng)電流過(guò)大。

使用逆變電源的另一個(gè)功能是調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。在很多場(chǎng)合，需要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)獲得更好的生產(chǎn)效率，而逆變電源調(diào)速一直是其最大的亮點(diǎn)。逆變電源改變電源的頻率，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

逆變電源控制方式有哪些?

逆變電源控制電機(jī)最常用的五種方式如下:

低壓通用變頻輸出電壓380-650V，輸出功率0.75-400kW，工作頻率0-400Hz，主電路采用交流-DC-交流電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。

1U/f=C正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方法

其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，機(jī)械性能和硬度好，能滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。但是，在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩會(huì)受到定子電阻壓降的顯著影響，從而降低最大輸出轉(zhuǎn)矩。

另外，它的機(jī)械特性畢竟不如DC電機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能不盡如人意，系統(tǒng)性能不高，控制曲線會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，電機(jī)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)由于定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在，性能下降，穩(wěn)定性變差。因此，人們研究了矢量控制變頻調(diào)速。

電壓空間矢量控制方法

它以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目標(biāo)。

經(jīng)過(guò)實(shí)際使用，得到了改進(jìn)，即頻率補(bǔ)償?shù)囊肟梢韵俣瓤刂频恼`差;反饋估計(jì)磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響;輸出電壓和電流為閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)精度和性能。穩(wěn)定。但是控制回路多，沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本提升。

矢量控制方法

矢量控制變頻調(diào)速的方法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系中的定子電流Ia、Ib、Ic通過(guò)三相-兩相變換轉(zhuǎn)換成兩相靜止坐標(biāo)系中的交流電流Ia1Ib1，再根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的定向旋轉(zhuǎn)變換通過(guò)，它相當(dāng)于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的DC電流Im1、It1(Im1相當(dāng)于DC電機(jī)的勵(lì)磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成比例的電樞電流)，然后模仿DC電機(jī)的控制方法是獲得DC電機(jī)的控制量，通過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)逆變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的控制。

其本質(zhì)是交流電機(jī)相當(dāng)于DC電機(jī)，速度和磁場(chǎng)兩個(gè)分量獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流得到轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，通過(guò)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于難以精確觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈，系統(tǒng)特性受電機(jī)參數(shù)影響較大，等效DC電機(jī)控制過(guò)程中使用的矢量旋轉(zhuǎn)變換復(fù)雜，使得實(shí)際控制效果難以達(dá)到理想分析。結(jié)果。

直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方法

1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首先提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了矢量控制的上述缺點(diǎn)，以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。

目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于電力機(jī)車(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)。直接轉(zhuǎn)矩控制直接分析交流電機(jī)在定子坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電機(jī)等效為DC電機(jī)，從而消除了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿DC電機(jī)的控制，也不需要為了解耦而簡(jiǎn)化交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

矩陣交換-交換控制模式

VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是各種交流-DC-交流變頻。常見(jiàn)的缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，DC電路需要較大的儲(chǔ)能電容，再生能量無(wú)法回饋電網(wǎng)，即無(wú)法進(jìn)行四象限運(yùn)行。

為此，矩陣式交-交變頻應(yīng)運(yùn)而生。因?yàn)榫仃?a target="_blank">AC-AC頻率轉(zhuǎn)換消除了中間的DC環(huán)節(jié)，從而消除了對(duì)龐大且昂貴的電解電容器的需要。它可以實(shí)現(xiàn)1的功率因數(shù)，輸入電流為正弦，可以工作在四個(gè)象限，系統(tǒng)的功率密度大。雖然技術(shù)尚未成熟，但仍然吸引了許多學(xué)者深入研究。其本質(zhì)不是間接控制電流、磁鏈等。，而是將轉(zhuǎn)矩直接實(shí)現(xiàn)為受控量。

具體方法是:

控制定子磁鏈，引入定子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器模式;

自動(dòng)識(shí)別(ID)依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型自動(dòng)識(shí)別電機(jī)參數(shù);

計(jì)算定子阻抗、互感、磁飽和系數(shù)、慣量等對(duì)應(yīng)的實(shí)際值。計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈和轉(zhuǎn)子速度，用于實(shí)時(shí)控制;

根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的帶通控制，實(shí)現(xiàn)帶通控制，產(chǎn)生PWM信號(hào)控制逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

矩陣式交交變頻，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快(< 2ms)，速度精度高(2%，無(wú)PG反饋)，轉(zhuǎn)矩精度高(+3%);同時(shí)，它還具有較高的啟動(dòng)扭矩和較高的扭矩精度，特別是在低速(包括0速)時(shí)，它可以輸出150%至200%的扭矩。

逆變電源是如何控制電機(jī)的?兩者是如何連線的?

逆變器控制電機(jī)的接線比較簡(jiǎn)單，類似于接觸器的接線。三根主供電線進(jìn)然后出到電機(jī)，但是提到了設(shè)置，控制逆變電源的方式也不一樣。

首先，我們來(lái)看看逆變器的端子。雖然品牌很多，接線方式也不一樣，但是大部分逆變器的端子也差不多。一般分為正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)輸入，用來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。反饋端子用于反饋電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括運(yùn)行頻率、速度、故障狀態(tài)等。對(duì)于速度給定控制，有的逆變電源用電位器，有的直接用按鈕，但都沒(méi)用。

它由物理布線控制。另一種方法是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)。許多逆變器現(xiàn)在支持通信控制。通過(guò)這條通訊線，可以控制電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)速度等。，并同時(shí)反饋。信息也通過(guò)通信傳輸。

當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速(頻率)發(fā)生變化時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)發(fā)生什么變化?

逆變器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩小于直接工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)電機(jī)采用工頻電源供電時(shí)，起動(dòng)和加速?zèng)_擊較大，而采用逆變電源供電時(shí)，這些沖擊較弱。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的起動(dòng)電流。使用逆變電源時(shí)，逆變電源的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)的啟動(dòng)電流和沖擊要小一些。

通常，電機(jī)產(chǎn)生的扭矩隨著頻率的降低而降低(速度降低)。一些逆變電源手冊(cè)中描述了減少的實(shí)際數(shù)據(jù)。

通過(guò)使用磁通矢量控制的逆變器，電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不足的情況將得到改善，電機(jī)即使在低速區(qū)也能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)逆變電源調(diào)整到大于50Hz的頻率時(shí)，電機(jī)的輸出扭矩將會(huì)降低

通常的電機(jī)是按照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，低于額定頻率的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。(T=Te，P<=Pe)

當(dāng)逆變器的輸出頻率大于50Hz時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)與頻率成反比地線性下降。

當(dāng)電機(jī)以大于50Hz的頻率運(yùn)行時(shí)，必須考慮電機(jī)負(fù)載的大小，以防止電機(jī)輸出扭矩不足。

例如，電機(jī)在100赫茲時(shí)產(chǎn)生的扭矩減少到50赫茲時(shí)產(chǎn)生的扭矩的大約1/2。

因此，額定頻率以上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。(P=Ue*Ie)

50Hz以上逆變電源的應(yīng)用

眾所周知，對(duì)于特定的電機(jī)，其額定電壓和額定電流是恒定的。

如果逆變電源和電機(jī)的額定值都是:15kW/380V/30A，電機(jī)可以工作在50Hz以上。

速度為50Hz時(shí)，逆變器輸出電壓為380V，電流為30A。此時(shí)，如果輸出頻率提高到60Hz，逆變器的最大輸出電壓和電流只能是380V/30A。顯然，輸出功率保持不變，所以我們稱之為恒功率調(diào)速。

此時(shí)扭矩如何?

因?yàn)镻 = wT(w;角速度，T:扭矩)，因?yàn)镻不變，w增大，所以扭矩會(huì)相應(yīng)減小。

我們也可以從另一個(gè)角度來(lái)看:

電機(jī)的定子電壓U=E+I*R (I為電流，R為電阻，E為感應(yīng)電勢(shì))

可以看出，當(dāng)U和I不變時(shí)，E也不變。

而E=k*f*X (k:常數(shù);f:頻率;X:磁通量)，所以當(dāng)f從50 - >60Hz時(shí)，X會(huì)相應(yīng)減小

對(duì)于電機(jī)，T=K*I*X (K:常數(shù);I:當(dāng)前;X:磁通量)，所以轉(zhuǎn)矩T會(huì)隨著磁通量X的減小而減小

同時(shí)，在小于50Hz時(shí)，由于I*R很小，當(dāng)U/f=E/f不變時(shí)，磁通(X)也不變。轉(zhuǎn)矩T與電流成正比。這就是為什么逆變電源的過(guò)載(轉(zhuǎn)矩)能力通常用其過(guò)流能力來(lái)描述，稱之為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變->最大轉(zhuǎn)矩不變)

結(jié)論:當(dāng)逆變器的輸出頻率從50Hz以上增加時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將會(huì)降低

與輸出扭矩相關(guān)的其他因素

加熱和冷卻能力決定了逆變器的輸出電流能力，從而影響逆變器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。

載波頻率:一般情況下，逆變電源的額定電流是以最高載波頻率為基準(zhǔn)的，可以保證在最高環(huán)境溫度下連續(xù)輸出。如果載波頻率降低，電機(jī)的電流不會(huì)受到影響。然而，部件的發(fā)熱將會(huì)減少。

環(huán)境溫度:就像逆變電源保護(hù)電流值不會(huì)在檢測(cè)到環(huán)境溫度相對(duì)較低時(shí)增加。

海拔:海拔升高對(duì)散熱和隔熱性能都有影響。一般1000m以下可以忽略，1000m以上每減少5%的容量。

逆變電源控制電機(jī)的合適頻率是多少?

在上面的整理中，我們已經(jīng)了解了為什么要用逆變電源來(lái)控制電機(jī)，以及逆變電源是如何控制電機(jī)的。逆變電源控制電機(jī)，總結(jié)起來(lái)就是兩點(diǎn):一是逆變電源控制電機(jī)的啟動(dòng)電壓和頻率;它實(shí)現(xiàn)了平滑啟動(dòng)和平滑停止;第二種是用逆變電源調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，通過(guò)改變頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。。

對(duì)于感應(yīng)電機(jī)，調(diào)速的最大速度限制不是逆變電源。對(duì)于普通逆變電源，V/F模式下的最高工作頻率不會(huì)低于400Hz。比如西門(mén)子的逆變電源是600Hz矢量控制，最高運(yùn)行頻率限制為200hz-300hz;伺服控制的最高工作頻率會(huì)更高。所以樓主想把感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速提高到100Hz，在逆變電源方面沒(méi)有懸念和疑問(wèn)。

完全沒(méi)有技術(shù)壁壘。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如轉(zhuǎn)子，是鼠籠式結(jié)構(gòu)。因此，其機(jī)械強(qiáng)度與電機(jī)的最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速有關(guān)。速度越高，機(jī)械離心力越大。以速度為準(zhǔn)，其機(jī)械強(qiáng)度不會(huì)是無(wú)限的。感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸承也有最大速度限制。所以對(duì)于高估標(biāo)的高速運(yùn)行，需要了解轉(zhuǎn)子軸承的最高轉(zhuǎn)速限制，只要符合要求就可以使用;感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡調(diào)試和調(diào)諧，制造商也不可能超出自己的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。

通常檢查動(dòng)平衡，以滿足電機(jī)在工廠校準(zhǔn)的最大速度。嗯，總而言之，感應(yīng)電機(jī)變頻控制，如果應(yīng)用超頻的話。第一是與所用感應(yīng)電機(jī)的制造商核實(shí)一下，看看這是否可行。或者干脆提出自己的要求，定制電機(jī)。

為了確保最高速度下的可靠性另外，如果不是自己解決這些問(wèn)題，應(yīng)該先確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡測(cè)試，再確認(rèn)軸承的極限轉(zhuǎn)速;如果超過(guò)了高速軸承，就需要更換高速軸承來(lái)滿足場(chǎng)地的需要。

另外，散熱問(wèn)題也要考慮。最后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果要運(yùn)行100Hz以內(nèi)的感應(yīng)電機(jī)，100kW以內(nèi)的中小功率感應(yīng)電機(jī)應(yīng)該相對(duì)可以接受。如果超過(guò)100kW及以上，最好定制。不要選擇正規(guī)的仿制藥。

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