变频器是怎样控制电机转速的

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。 

1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ 

电机旋转速度单位：r/min   每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 

例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min] 

4极电机 50Hz 1500 [r/min] 

结论：电机的旋转速度同频率成比例 

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。 

n = 60f/p 

n: 同步速度 

f: 电源频率 

p: 电机极对数 

结论：改变频率和电压是{zy}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，{zg}只能是等于电机的额定电压。 

例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V 

 2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？ 

变频器驱动时的起动转矩和{zd0}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。 

3. 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)  

 4. 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{zd0}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-->{zd0}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. 

5. 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{zg}载波频率, {zg}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. 

艾赛康能源技术深圳有限公司

王道佳

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