变频器控制电机转速原理

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，是作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。

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