變頻器中的低頻帶載現(xiàn)象分析

今天我們要聊的與變頻器有關(guān)，僅僅是其中很小的一部分——

低頻帶載相關(guān)的那些事兒~

關(guān)于變頻器的優(yōu)點(diǎn)這里就不多說了，太太常見了，今天我們主要聊聊關(guān)于變頻器低頻帶載能力。我們都知道，通用變頻器采用恒定的壓頻比控制，其目的是使得電動機(jī)的磁通保持一定。這樣既不會因?yàn)榇磐ㄌ醵鴽]能充分利用電動機(jī)的鐵心形成浪費(fèi)，也不會因?yàn)榇磐ㄟ^大而使繞組過熱，從而保證了電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率和功率因數(shù)等保持良好的性能。

01
恒壓頻控制
變頻器調(diào)速時，保持電動機(jī)磁通不變的條件是

E1X/fX=const(恒定)

其中，fX 是運(yùn)行頻率；E1X 是此頻率下，定子一相繞組的自感電動勢；

而實(shí)際上只能做到

U1X/fX=const，ku=kf

其中，U1X 為頻率 fX 下定子側(cè)電壓(即變頻器輸出電壓)；

如下圖所示，ku=kf，可以用 U/f 曲線來表示

這跟曲線表示電壓和頻率成正比，我們稱為基本 U/f 曲線，表明了，變頻器輸出的最大電壓為 380V，與最大電壓對應(yīng)的頻率，稱之為基本頻率，用 fBA 表示。

需要注意，基本 U/f 曲線是滿足上述第二個式子的曲線，并沒有真正地滿足第一個式子的條件。

根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的公式：TM=kMΦ1I2cosφ2

其中，電流是不允許超過額定電流值的，所以，帶載能力的大小主要取決于磁通。在異步電機(jī)定子繞組的電路里，U1X 和 E1X 之間的差別在于，定子繞組電阻抗上的電壓降ΔU。

磁通大小可以表示為

Φ=k*E1X/fX=|U1X-ΔU|/fX

k 可以看出一個系數(shù)。這就是我們所說注意點(diǎn)的原因，并且，定子繞組電阻抗上的電壓降是不隨頻率改變的。

所以，我們得到當(dāng)電機(jī)以頻率 fX 運(yùn)行時，磁通的大小和以下幾個因素有關(guān)：

①變頻器的輸出電壓 U1X(也就是電動機(jī)的電源電壓)，U1X 越大，磁通也越大；

②電動機(jī)的負(fù)載輕重，負(fù)載越重，則電流越小，磁通將減小；

③電阻抗壓降在電源電壓中所占的比例，當(dāng)頻率下降時，變頻器的輸出電壓也隨之下降。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的話，電阻壓降也時不變的，電阻壓降在電源電壓中的比例將會增大，也會導(dǎo)致磁通的減小。

02
低頻運(yùn)行時磁通的變化
在 ku=kf 的條件下，當(dāng)頻率下降時，電壓將相應(yīng)的下降。運(yùn)行頻率為 50HZ，對應(yīng)的電壓是 380V；假設(shè)電阻壓降為 30V，那么反電動勢便等于 350V，反電動勢與頻率的比值等于 7，這時的磁通應(yīng)該是額定磁通，其相對值為 100%。

運(yùn)行頻率為 50HZ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?運(yùn)行頻率為 10HZ

當(dāng)運(yùn)行頻率為 10HZ 時，在保證 ku=kf 的前提下，對應(yīng)的電壓為 76V，而電阻壓降仍為 30V，則反電動勢等于 46V，反電動勢與頻率的比值為 4.6，磁通的相對值變得只有 66%了。

可以看出，低頻運(yùn)行時，磁通將減小。所以在 ku=kf 的前提下，電動機(jī)的機(jī)械特性曲線如下：

頻率下降時，理想空載點(diǎn)下移，但是機(jī)械特性的"硬度"基本不變，而臨界轉(zhuǎn)矩將會減小，也就是說其帶負(fù)載能力將會下降，即低頻帶載能力變差。

03
轉(zhuǎn)矩提升
如果低頻運(yùn)行時也能夠得到額定磁通，只能通過加大變頻器的輸出電壓來適當(dāng)補(bǔ)償電壓，以此來增加磁通，從而增強(qiáng)電機(jī)在低頻時的帶載能力，我們稱之為電壓補(bǔ)償，或轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，或者是轉(zhuǎn)矩提升。具體如下圖：

在頻率 10HZ 的時候想要得到額定磁通，那么反電動勢應(yīng)該有 70V 才行，加上電阻壓降 30V，則變頻器的輸出電壓要達(dá)到 100V。即需要在原來的 76V 電壓上再補(bǔ)上 24V。實(shí)際的 U/f 曲線如下圖曲線②：

可見，運(yùn)行頻率不同時，電壓的補(bǔ)償量也是不一樣的。在變頻器中通常把 0HZ 對應(yīng)的起點(diǎn)電壓定義為電壓 UC 的補(bǔ)償量。

但是，補(bǔ)償必須有所限制。如果轉(zhuǎn)矩提升過大，便會導(dǎo)致變頻器過流跳閘。一般來講，Φ超過 110%，磁路就開始飽和了，超過 120%已經(jīng)是過飽和了，勵磁電流可見下圖：

正常時的勵磁電流 ? ? ? ? ? ? ? ?磁路飽和時的勵磁電流

所以，在恒壓頻比控制方式下，變頻器低頻運(yùn)行時，若要得到與額定狀態(tài)下相同的帶載能力，必須通過轉(zhuǎn)矩提升來設(shè)定合理的補(bǔ)償量，不能過分補(bǔ)償。

總之就是，變頻器的低頻帶載能力會變差，需要通過補(bǔ)償來增強(qiáng)。今天的內(nèi)容就是這樣，希望你們能夠喜歡~
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