當電機的旋轉速度(頻率)改變時,其輸出轉矩會怎樣?
變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動。
電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大,而當使用變頻器供電時,這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時,變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的,所以電機起動電流和沖擊要小些。
通常,電機產生的轉矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器,將改善電機低速時轉矩的不足,甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。
當變頻器調速到大于50Hz頻率時,電機的輸出轉矩將降低
通常的電機是按50Hz電壓設計制造的,其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速。(T=Te,P<=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時,電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。
當電機以大于50Hz頻率速度運行時,電機負載的大小必須要給予考慮,以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例,電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速.(P=Ue*Ie)
變頻器50Hz以上的應用情況
大家知道,對一個特定的電機來說,其額定電壓和額定電流是不變的。
如變頻器和電機額定值都是:15kW/380V/30A,電機可以工作在50Hz以上。
當轉速為50Hz時,變頻器的輸出電壓為380V,電流為30A。這時如果增大輸出頻率到60Hz,變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A,很顯然輸出功率不變,所以我們稱之為恒功率調速。
這時的轉矩情況怎樣呢?
因為P=wT(w;角速度,T:轉矩),因為P不變,w增加了,所以轉矩會相應減小。
我們還可以再換一個角度來看:
電機的定子電壓U=E+I*R(I為電流,R為電子電阻,E為感應電勢)
可以看出,U,I不變時,E也不變.
而E=kfX(k:常數;f:頻率;X:磁通),所以當f由50-->60Hz時,X會相應減小
對于電機來說T=KIX(K:常數;I:電流;X:磁通),因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小
同時,小于50Hz時,由于I*R很小,所以U/f=E/f不變時,磁通(X)為常數。轉矩T和電流成正比。這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力,并稱為恒轉矩調速(額定電流不變-->最大轉矩不變)
結論:當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時,電機的輸出轉矩會減小
其他和輸出轉矩有關的因素
發熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力,從而影響變頻器的輸出轉矩能力。
載波頻率:一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率,最高環境溫度下能保證持續輸出的數值,降低載波頻率,電機的電流不會受到影響。但元器件的發熱會減小。
環境溫度:就像不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值。
海拔高度:海拔高度增加,對散熱和絕緣性能都有影響。一般1000m以下可以不考慮,以上每1000米降容5%就可以了。
變頻器控制電機頻率調多少合適?
在上面的整理中,我們已經了解到為什么要用變頻器控制電機,也清楚了變頻器是如何控制電機的。變頻器控制電機,總結起來無外乎這兩點:一是變頻器控制電機的啟動電壓,頻率;達到平滑啟動平滑停止;二是利用變頻器調節電機的速度,通過改變頻率進行電機的調速。
還有網友提出了一個實際問題:變頻器控制普通電機,最低可以調到多少赫茲?目前已經調到60Hz,領導還讓我繼續增加Hz數,計劃讓我調到100Hz,有人調到過100Hz嗎?(類似這種情況,需要考慮哪些因素?)
一起看看網友們怎么說
網友 lpl53:我們在工業洗衣機上,到過200HZ,但電流不大。
網友 莫頭腦:可以磨床上導輪電機一般都是100―110的…
網友 82252031:電機功率有裕量電流不超情況下,可以,但要注意測量電機軸承溫度,異響,振動。我們有一臺變頻驅動電機長期運行在70-80Hz,6極電機隨便試,2極電機要謹慎。
網友 fsjnzhouyan:這個要看電機矽鋼片的質量了,以前在使用中通常在85Hz沒有問題,調到90Hz很多電機轉速就上不去(額定轉速都達不到),出現磁飽和了。
網友 ZCMY:電機的軸承最好換成高速軸承,另外要試下振動,還有如果負載是風機或水泵類不適用的。
網友 mengx9806:曾經調到1210HZ,電機是東元的,變頻器是安川A1000系列,運行了兩年沒得毛病,一直在跑,沒出大問題,但是估計出了問題就是不會小問題。
網友 盧學斌:調到過180,短時間運行。
網友 1531214350:曾經修過水洗洗衣機,電機是普通電機,甩干運行150HZ。
高雅的雅:普通電機運行頻率高于額定頻率20%轉差率就會增大,頻率越高轉差率會越大
網友 kdrjl:看來對交流感應電機的基本結構和使用還是了解的太少了。
感應電機,調速的最高轉速限制,關鍵不在變頻器,一般的正規變頻器,在V/F模式最高運行頻率不會低于400Hz的,西門子的變頻器為例,是600Hz;矢量控制,最高運行頻率限制是200Hz-300Hz;伺服控制的最高運行頻率會更高。所以樓主想將感應電機調速提高到100Hz,在變頻器這方面沒有懸念和疑問。完全沒有技術障礙。
感應電機的機械結構,比如說轉子,是鼠籠結構,因此,它的機械強度是由電機設計最高轉速有關聯的,轉速越高,機械離心力就越大,所以,一般的都滿足設計的最高轉速為準,其機械強度不會無限大。
感應電機的轉子軸承,同樣有最高轉速限制,所以,超值標的高速運行,要了解轉子軸承的最高轉速極限,只要滿足要求,就可使用;
感應電機轉子的動平衡調試與整定,制造商也不可能是超過自己的設計參數去調試和驗證。動平衡一般都是滿足電機出廠所標定的最高轉速進行檢驗。
好了,綜上所述,感應電機變頻調速,如果超頻應用。首先是要與使用的感應電機制造商詢問是否可行。或者干脆提出自己的要求,定制電機。以保證最高轉速下的可靠性。
另外,如果不通過制造商,自己來解決這些,那么首先是確定電機轉子動平衡測試,然后確認軸承的極限轉速;超過了要換高速軸承來適應現場需求。另外還要考慮散熱問題等等。
最后,根據經驗,想運行在100Hz以內的感應電機,其功率100kW以內中小功率的感應電機應該相對可以,超過100kW及其以上,最好定制。不要選擇常規通用產品。
網友 lvpretend:主要看電機,如果本來就是2極電機,功率也大,就要謹慎些。工業洗衣機算是超速運行比較多的例子,但電機額定轉速本來就比較低,6極的多。我見到過的4極電機最多到過120Hz。
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