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[讨论] 变频器中的低频带载的那些事儿~

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2019-10-16 09:28:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    我们要聊的与变频器有关,仅仅是其中很小的一部分——

    低频带载相关的那些事儿~

    关于变频器的优点这里就不多说了,太太常见了,今天我们主要聊聊关于变频器低频带载能力。我们都知道,通用变频器采用恒定的压频比控制,其目的是使得电动机的磁通保持一定。这样既不会因为磁通太弱而没能充分利用电动机的铁心形成浪费,也不会因为磁通过大而使绕组过热,从而保证了电动机的转矩、效率和功率因数等保持良好的性能。

    01
    恒压频控制
    变频器调速时,保持电动机磁通不变的条件是

    E1X/fX=const(恒定)

    其中,fX 是运行频率;E1X 是此频率下,定子一相绕组的自感电动势;

    而实际上只能做到

    U1X/fX=const,ku=kf

    其中,U1X 为频率 fX 下定子侧电压(即变频器输出电压);

    如下图所示,ku=kf,可以用 U/f 曲线来表示



    这跟曲线表示电压和频率成正比,我们称为基本 U/f 曲线,表明了,变频器输出的最大电压为 380V,与最大电压对应的频率,称之为基本频率,用 fBA 表示。

    需要注意,基本 U/f 曲线是满足上述第二个式子的曲线,并没有真正地满足第一个式子的条件。

    根据电磁转矩的公式:TM=kMΦ1I2cosφ2

    其中,电流是不允许超过额定电流值的,所以,带载能力的大小主要取决于磁通。在异步电机定子绕组的电路里,U1X 和 E1X 之间的差别在于,定子绕组电阻抗上的电压降ΔU。

    磁通大小可以表示为

    Φ=k*E1X/fX=|U1X-ΔU|/fX

    k 可以看出一个系数。这就是我们所说注意点的原因,并且,定子绕组电阻抗上的电压降是不随频率改变的。

    所以,我们得到当电机以频率 fX 运行时,磁通的大小和以下几个因素有关:

    ①变频器的输出电压 U1X(也就是电动机的电源电压),U1X 越大,磁通也越大;

    ②电动机的负载轻重,负载越重,则电流越小,磁通将减小;

    ③电阻抗压降在电源电压中所占的比例,当频率下降时,变频器的输出电压也随之下降。如果负载转矩不变的话,电阻压降也时不变的,电阻压降在电源电压中的比例将会增大,也会导致磁通的减小。

    02
    低频运行时磁通的变化
    在 ku=kf 的条件下,当频率下降时,电压将相应的下降。运行频率为 50HZ,对应的电压是 380V;假设电阻压降为 30V,那么反电动势便等于 350V,反电动势与频率的比值等于 7,这时的磁通应该是额定磁通,其相对值为 100%。


    运行频率为 50HZ                              运行频率为 10HZ

    当运行频率为 10HZ 时,在保证 ku=kf 的前提下,对应的电压为 76V,而电阻压降仍为 30V,则反电动势等于 46V,反电动势与频率的比值为 4.6,磁通的相对值变得只有 66%了。

    可以看出,低频运行时,磁通将减小。所以在 ku=kf 的前提下,电动机的机械特性曲线如下:



    频率下降时,理想空载点下移,但是机械特性的"硬度"基本不变,而临界转矩将会减小,也就是说其带负载能力将会下降,即低频带载能力变差。

    03
    转矩提升
    如果低频运行时也能够得到额定磁通,只能通过加大变频器的输出电压来适当补偿电压,以此来增加磁通,从而增强电机在低频时的带载能力,我们称之为电压补偿,或转矩补偿,或者是转矩提升。具体如下图:



    在频率 10HZ 的时候想要得到额定磁通,那么反电动势应该有 70V 才行,加上电阻压降 30V,则变频器的输出电压要达到 100V。即需要在原来的 76V 电压上再补上 24V。实际的 U/f 曲线如下图曲线②:



    可见,运行频率不同时,电压的补偿量也是不一样的。在变频器中通常把 0HZ 对应的起点电压定义为电压 UC 的补偿量。

    但是,补偿必须有所限制。如果转矩提升过大,便会导致变频器过流跳闸。一般来讲,Φ超过 110%,磁路就开始饱和了,超过 120%已经是过饱和了,励磁电流可见下图:


    正常时的励磁电流                磁路饱和时的励磁电流

    所以,在恒压频比控制方式下,变频器低频运行时,若要得到与额定状态下相同的带载能力,必须通过转矩提升来设定合理的补偿量,不能过分补偿。

    总之就是,变频器的低频带载能力会变差,需要通过补偿来增强。今天的内容就是这样,希望你们能够喜欢~


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