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

　　逆變電源控制電機頻率可調(diào)節(jié)多少

　　首先，為什么要用逆變電源控制一個電機?

　　我們先簡單看一下這兩款設(shè)備。

　　電機是感性負載，它抵抗電流的變化，啟動時會產(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(開關(guān)電源板、控制電路板)。

　　為了降低電機的啟動電流，尤其是功率較大的電機，功率越大，啟動電流越大，啟動電流過大會給供配電網(wǎng)帶來較大的負擔(dān)，而逆變電源可以解決這個啟動問題，讓電機平穩(wěn)啟動，不會造成啟動電流過大。

　　使用逆變電源的另一個功能是調(diào)節(jié)電機的速度。在很多場合，需要控制電機的轉(zhuǎn)速來獲得更好的生產(chǎn)效率，而逆變電源調(diào)速一直是其最大的亮點。逆變電源改變電源的頻率，達到控制電機轉(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

　　其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，機械性能和硬度好，能滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)的各個領(lǐng)域。但是，在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩會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，它的機械特性畢竟不如DC電機硬，動態(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，控制曲線會隨著負載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，電機旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時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，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目標(biāo)。

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

　　矢量控制方法

　　矢量控制變頻調(diào)速的方法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系中的定子電流Ia、Ib、Ic通過三相-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)子磁場的定向旋轉(zhuǎn)變換通過，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電機的勵磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成比例的電樞電流)，然后模仿DC電機的控制方法是獲得DC電機的控制量，通過相應(yīng)的坐標(biāo)逆變換，實現(xiàn)對異步電機的控制。

　　其本質(zhì)是交流電機相當(dāng)于DC電機，速度和磁場兩個分量獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流得到轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，通過坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。但在實際應(yīng)用中，由于難以精確觀測轉(zhuǎn)子磁鏈，系統(tǒng)特性受電機參數(shù)影響較大，等效DC電機控制過程中使用的矢量旋轉(zhuǎn)變換復(fù)雜，使得實際控制效果難以達到理想分析。結(jié)果。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方法

　　1985年，德國魯爾大學(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，以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。

　　目前，該技術(shù)已成功應(yīng)用于電力機車牽引的大功率交流傳動。直接轉(zhuǎn)矩控制直接分析交流電機在定子坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，控制電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電機等效為DC電機，從而消除了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算;它不需要模仿DC電機的控制，也不需要為了解耦而簡化交流電機的數(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。常見的缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，DC電路需要較大的儲能電容，再生能量無法回饋電網(wǎng)，即無法進行四象限運行。

　　為此，矩陣式交-交變頻應(yīng)運而生。因為矩陣AC-AC頻率轉(zhuǎn)換消除了中間的DC環(huán)節(jié)，從而消除了對龐大且昂貴的電解電容器的需要。它可以實現(xiàn)1的功率因數(shù)，輸入電流為正弦，可以工作在四個象限，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，引入定子磁鏈觀測器，實現(xiàn)無速度傳感器模式;

　　自動識別(ID)依靠精確的電機數(shù)學(xué)模型自動識別電機參數(shù);

　　計算定子阻抗、互感、磁飽和系數(shù)、慣量等對應(yīng)的實際值。計算實際轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈和轉(zhuǎn)子速度，用于實時控制;

　　根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的帶通控制，實現(xiàn)帶通控制，產(chǎn)生PWM信號控制逆變器的開關(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PG反饋)，轉(zhuǎn)矩精度高(+3%);同時，它還具有較高的啟動扭矩和較高的扭矩精度，特別是在低速(包括0速)時，它可以輸出150%至200%的扭矩。

　　逆變電源是如何控制電機的?兩者是如何連線的?

　　逆變器控制電機的接線比較簡單，類似于接觸器的接線。三根主供電線進然后出到電機，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)開關(guān)輸入，用來控制電機的正反轉(zhuǎn)。反饋端子用于反饋電機的運行狀態(tài)，包括運行頻率、速度、故障狀態(tài)等。對于速度給定控制，有的逆變電源用電位器，有的直接用按鈕，但都沒用。

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

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

　　逆變器驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩小于直接工頻電源驅(qū)動時的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。

　　當(dāng)電機采用工頻電源供電時，起動和加速沖擊較大，而采用逆變電源供電時，這些沖擊較弱。工頻直接起動會產(chǎn)生很大的起動電流。使用逆變電源時，逆變電源的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機的啟動電流和沖擊要小一些。

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

　　通過使用磁通矢量控制的逆變器，電機低速時轉(zhuǎn)矩不足的情況將得到改善，電機即使在低速區(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，電機的輸出扭矩將會降低

　　通常的電機是按照50Hz電壓設(shè)計制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(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，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩應(yīng)與頻率成反比地線性下降。

　　當(dāng)電機以大于50Hz的頻率運行時，必須考慮電機負載的大小，以防止電機輸出扭矩不足。

　　例如，電機在100赫茲時產(chǎn)生的扭矩減少到50赫茲時產(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，對于特定的電機，其額定電壓和額定電流是恒定的。

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

　　速度為50Hz時，逆變器輸出電壓為380V，電流為30A。此時，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。

　　此時扭矩如何?

　　因為P = wT(w;角速度，T:扭矩)，因為P不變，w增大，所以扭矩會相應(yīng)減小。

　　我們也可以從另一個角度來看:

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

　　可以看出，當(dāng)U和I不變時，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，X會相應(yīng)減小

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

　　同時，在小于50Hz時，由于I*R很小，當(dāng)U/f=E/f不變時，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載(轉(zhuǎn)矩)能力通常用其過流能力來描述，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，電機的輸出轉(zhuǎn)矩將會降低

　　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，電機的電流不會受到影響。然而，部件的發(fā)熱將會減少。

　　環(huán)境溫度:就像逆變電源保護電流值不會在檢測到環(huán)境溫度相對較低時增加。

　　海拔:海拔升高對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控制電機，以及逆變電源是如何控制電機的。逆變電源控制電機，總結(jié)起來就是兩點:一是逆變電源控制電機的啟動電壓和頻率;它實現(xiàn)了平滑啟動和平滑停止;第二種是用逆變電源調(diào)節(jié)電機的速度，通過改變頻率來調(diào)節(jié)電機的速度。。

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

　　完全沒有技術(shù)壁壘。感應(yīng)電動機的機械結(jié)構(gòu)，如轉(zhuǎn)子，是鼠籠式結(jié)構(gòu)。因此，其機械強度與電機的最大設(shè)計轉(zhuǎn)速有關(guān)。速度越高，機械離心力越大。以速度為準，其機械強度不會是無限的。感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子軸承也有最大速度限制。所以對于高估標(biāo)的高速運行，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)電機轉(zhuǎn)子的動平衡調(diào)試和調(diào)諧，制造商也不可能超出自己的設(shè)計參數(shù)進行調(diào)試和驗證。

　　通常檢查動平衡，以滿足電機在工廠校準的最大速度。嗯，總而言之，感應(yīng)電機變頻控制，如果應(yīng)用超頻的話。第一是與所用感應(yīng)電機的制造商核實一下，看看這是否可行?；蛘吒纱嗵岢鲎约旱囊螅ㄖ齐姍C。

　　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題，應(yīng)該先確定電機轉(zhuǎn)子的動平衡測試，再確認軸承的極限轉(zhuǎn)速;如果超過了高速軸承，就需要更換高速軸承來滿足場地的需要。

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

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