变频器基本原理

    异步电动机调速的基本原理基于以下公式。    (1-1)    式中：n1为同步转速(r/min); f1为定子供电电源的频率(Hz)；p为磁极对数。    一般异步电动机转速n与同步转速n1之间存在一个滑差关系，即    (1-2)式中：n为异步电动机转速(r/min);s为异步电动机转差率。    由式(1-2)可知，可通过改变f1、p、s中的任意一个实现调速，对异步电动机来说最好的方法是通过改变频率f1来实现调速控制。由电动机理论，三相异步电动机每相电动势的有效值与下式有关。    E1=4.44f1N1Φm    (1-3)式中：Ei为定子每相电动势有效值(V)；f1为定子供电电源的频率(Hz)；N1为定子绕组有效匝数；Φm为定子磁通(Wb)。    针对式(1-3)可分两种情况进行分析。    (1)在频率低于供电电源的额定频率时属于恒转矩调速    设计变频器时为维持电动机输出转矩不变，必须维持每极气隙磁通Φm不变，从式( 1-3)可知，也就是要使E1/f1为常数。如忽略定子漏阻抗压降，可以认为供给电动机的电压U1与频率f1按相同比例变化，即U1/f1为常数。    但是在频率较低时，定子漏阻抗压降已不能忽略，因此要人为地提高定子电压，以作漏阻抗压降的补偿，维持E1/f1近似为常数，此时变频器输出特性曲线为图1-1中的曲线2，而不再是曲线1。    多数变频器在频率低于电动机额定频率时输出的电压U1和频率f1的关系类似于图1-1中的曲线2，并且随着设置不同，可改变补偿曲线的形状，应用时要根据实际电动机运行情况进行调整。    (2)在频率高于定子供电电源的额定频率时属于恒功率调速    此时变频器的输出频率f1升高，但变频器的电源电压由电网电压决定，不能继续升高。根据式( 1-3)，E1不能变，f1升高必然使Φm下降，由于Φm与电流或转矩成正比，因此也就使转矩下降。转矩虽然下降了，但因转速升高了，所以它们的乘积并未改变（转矩与转速的乘积表征着功率）。因此，这时候电动机在恒功率输出的状态下运行。异步电动机变频调速恒转矩和恒功率区域状态的特性如图1-2所示。Φm的大小表征电动机转矩的大小，因此，Φm曲线可以看作为转矩曲线。
    图1-1    U1/F1关系    1-U1/F1=常数；    2-E1/F1=常数
    图1-2    异步电动机调速时的输出特性    1-恒转矩时的电压曲线；2-恒功率时的电压曲线；    3-恒转矩时的转矩曲线；4-恒功率时的转矩曲线    由以上分析可知的，通用变频器对异步电动机调速时，输出频率和电压是按一定规律改变的，在额定频率以下，变频器的输出电压随输出频率升高而升高，即所谓的变压变频调速( VVVF)。而在额定频率以上，电压并不改变，只改变频率。    实际上多数变频调速场合是用于额定频率以下，低频时采用的补偿都是为了解决低频转矩下降的问题，所采用的方式多种多样，有矢量控制技术、直接转矩控制技术以及拟超导技术（森兰变频特有专利技术）等。其作用不外乎动态地改变低频时变频器的输出电压、输出相位或输出频率，也就是利用计算机技术实时地而不是固定地改变图1-1中曲线1的形状以达到低速时转矩提升，并且稳定运行，又不至于因电流太大而造成故障。