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1 # 知足常樂0724
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2 # 工控人
“恆轉矩方式”我們經常聽到的解釋是工頻以下恆轉矩調速,工頻以上恆功率調速。在這裡我們需要了解下兩方面:1電機的實際輸出轉矩是不是變頻器決定的而是負載決定的,2電機能夠輸出的轉矩也不是由變頻器決定而是由電機結構決定。我們在討論轉矩的時候能夠跳出變頻器,從負載和電機方面著手,這樣會很清洗不容易搞混淆,尤其是套各種各樣的公式,理解起來很負載。
為什麼變頻器V/F控制方式是恆轉矩方式,首先我們說下V/F控制方式:
“對於非同步電機,為了獲取我們所需要的轉矩和速度在改變電源頻率(調速)的同時,必須還要保證一個量不變,這個就是磁通不變或者說電機的氣隙磁通處於高效狀態,因為在勵磁不足的情況下電動機將難以給出足夠的轉矩,而在勵磁過強時電動機又將出現磁飽和,造成電動機功率因數和效率的下降”我們看一個公式E=kFφ,E感應電動勢、k係數、F頻率、φ磁通,為了保持磁通不變,在調速時候就是改變F的同時,也要改變電動勢E,這樣φ=E/kF保持不變了,這就是變頻器V/F控制的出發點或者原理,但是在實際電機調速時候感應電動勢E是不能直接測量和控制的,再看下另一個公式,V=E1+E,其中V是電源電壓,E1表示定子壓降,在E遠大於E1時,我們可以認為V≈E,也就是說在感應電動勢很大的情況下V/F可以代替E/F控制方式,這裡我們暫停下說下恆轉矩調速方式。
恆轉矩調速是用來表徵電動機採用這種調速時的負載能力,並不是指電動機的實際負載。電動機採用恆轉矩調速時,如果拖動恆轉矩負載執行,並使電動機的額定轉矩等於負載轉矩,則不論執行在什麼轉速上,電樞電流都不變,電動機被合理利用,負載的恆轉矩要求也得到滿足.這種恆轉矩調速與恆轉矩負載的配合關係稱為匹配。
由公式T=kφIa,T電機輸出轉矩,k係數,φ磁通,Ia電樞電流,意思就是負載轉矩等於電機額定轉矩時(T=TL),這時候只要保持磁通φ恆定,無論如何調速這時候電機的效率都能達到最高。這就是V/F控制方式是恆轉矩調速方式。
這裡我們再說下工頻以下高速和低速的轉矩,從公式V=E1+E,電機在低速執行時感應電動勢很小,定子阻抗的壓降就不能忽略了,此時E和V就相差很大,導致E/F變小,也就是磁通變小,此時電機輸出的轉矩就會變小,這時候就需要對轉矩進行補償,方式就是增大電源電壓。因此在工頻以下高速運轉和低速運轉儘管的恆轉矩方式,但電機輸出的轉矩還是有差別的,高速運轉時電機的輸出轉矩是大於低速運轉的。
因此在使用變頻器採用V/F除錯時儘量在高頻段執行,如果需要低速,應該透過減速機來減速同時提高轉矩。還需要了解下空間向量控制方式,“具有優異的向量控制性能,實現轉矩控制、速度控制的一體化,能滿足不同客戶多種應用需求”。
我們考慮這樣一個問題:1、一個電機採用變頻器以10Hz的轉速帶動T負載旋轉,2、電機採用變頻器以50Hz的轉速同時透過5:1的減速機帶動T負載旋轉。
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通用變頻器V/F控制方式是恆轉矩方式,是不是可以理解為工頻以下低速高速的轉矩一樣?
答:完全可以這樣理解。不過這裡還涉及到“”什麼是變頻器的VIF控制方式?”;
所謂VIF控制方式,就是在改變電動機電源頻率的同時改變電動機電源的電壓,使電動機磁通保持一定,在較寬的調速範圍內,電動機的效率、功率因數不下降。
因為是控制電壓( Voltage)與頻率(Frequency)之比,稱之為V/F控制。V/F控制特點是控制電路結構簡單、成本較低,機械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動的平滑調速要求,已在產業的各個領域得到廣泛應用。
在變頻器的輸出頻率從0Hz上升到基本頻率的過程中,輸出電壓從0V成正比地上升到最大輸出電壓的V/F線,稱為基本V/F線,比較典型的如圖1所示。
圖1為V/F基本特性引數定義圖,現在是工礦企業中用得最多的一種形式的變頻器,當變頻器的輸出頻率從0Hz上升到50Hz時,輸出電壓從0V成正比地上升到380V。
從V/F特性引數定義圖中可以看到有一個FL(它表示為下線最低頻率)、FH(它表示上限頻率)、FB(它表示額定頻率)、Fmax(它表示最大頻率);例如這種V/F變頻器最大頻率範圍在50~500Hz、額定頻率為50Hz、基本執行頻率為1~500Hz、基本最大輸出電壓為1~480V;如果說是帶動普通交流電動機,在恆轉矩處於長期低速執行時,由於此時散熱效果變差,會嚴重影響電機的使用壽命;如果需要低速恆轉矩的長期執行,必須選用專門的變頻電機才行。
另外在變頻器的V/F曲線設定時需要對不同的負載性質而採取對應的設定;因為V/F曲線有多種控制設定;例如,0:直線V/F、1:多點V/F、2:平方V/F、3:1.2次方V/F、等等。而且多點電壓點也要根據自己使用負載情況來調整(0.00~100%),變頻器在出廠設定的預設值不一定適合自己。
不要小看變頻器,說實話即使是變頻器設計工程師們,對應很多條條框框也不可能記得那麼清楚。
知足常樂2019.1.4日於上海