變頻器工作原理及組成

1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？
*1: r/min
電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm.
例如：2極電機 50Hz 3000 [r/min]
4極電機 50Hz 1500 [r/min]
結論：電機的旋轉速度同頻率成比例
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(lèi)型電機。感應式交流電機（以后簡(jiǎn)稱(chēng)為電機）的旋轉速度近似地確決于電機的極數和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由于該極數值不是一個(gè)連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以一般不適和通過(guò)改變該值來(lái)調整電機的速度。
另外，頻率能夠在電機的外面調節后再供給電機，這樣電機的旋轉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，是做為電機調速設備的優(yōu)選設備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極對數
結論：改變頻率和電壓是最優(yōu)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(shí)會(huì )使電機出于過(guò)電壓（過(guò)勵磁），導致電機可能被燒壞。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)，電壓卻不可以繼續增加，最高只能是等于電機的額定電壓。
例如：為了使電機的旋轉速度減半，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. 當電機的旋轉速度（頻率）改變時(shí)，其輸出轉矩會(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
當電機開(kāi)始運轉時(shí)，變頻器的輸出電流
變頻器驅動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動(dòng)
電機在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時(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上的，所以電機起動(dòng)電流和沖擊要小些。
通常，電機產(chǎn)生的轉矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實(shí)際數據在有的變頻器手冊中會(huì )給出說(shuō)明。
通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時(shí)轉矩的不足，甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。
3. 當變頻器調速到大于50Hz頻率時(shí)，電機的輸出轉矩將降低
通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個(gè)電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱(chēng)為恒轉矩調速. (T=Te P=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機產(chǎn)生的轉矩要以和頻率成反比的線(xiàn)性關(guān)系下降。
當電機以大于50Hz頻率速度運行時(shí)，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例，電機在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱(chēng)為恒功率調速. (P=Ue*Ie)
4. 變頻器50Hz以上的應用情況
大家知道 對一個(gè)特定的電機來(lái)說(shuō) 其額定電壓和額定電流是不變的。
如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A 電機可以工作在50Hz以上。
當轉速為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)之為恒功率調速.
這時(shí)的轉矩情況怎樣呢?
因為P=wT (w:角速度 T:轉矩). 因為P不變 w增加了 所以轉矩會(huì )相應減小。
我們還可以再換一個(gè)角度來(lái)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 UI不變時(shí) E也不變.
而E = k*f*X (k:常數 f: 頻率 X:磁通) 所以當f由50--60Hz時(shí) X會(huì )相應減小
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、驅動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成的。