恒功率恒转速恒转矩(恒功率恒转矩VF控制)(1)

一、电机公式

1、电机转矩:T=9550×P/nP为功率,n为转速
2、电机功率:P=√3UIcosa

3、电机转速:n=60f/p,f为电机频率,p为电机极对数,例如四级电机的p=2;

4、电机磁通:φ=K*(V/F),当V/F为一定值时磁通就保持恒定。

由公式1、2、3可推导出

5、T=9550√3UIcosa p/ 60 f ,可得出转矩正比于电压和频率的比

由公式4、5可推导出

6、T=CT*Φ*Ia,其中CT为转矩常数,Φ为每极主磁通,Ia为电枢电流。

电机电流小于额定电流时,电流与转矩成正比,当电流超过额定电流,铁芯磁饱和后,电流再增加,转矩就不会增加了。

7、V=E u,变频器输出进入到电机的电压被分为两部分,V是变频器输入给电机的电压,E是电机线圈感应电动势,u是定子阻抗的压降,电机在高速运行时,E远大于u,可以认为E=V;电机在低速运行时E变小,此时u就不能忽略,E<V,从而导致V/F变小,也就是磁通变小,电机输出的转矩也就跟着变小。此时需要对转矩进行补偿,方法就是增大V,V-u=E,从而使E变大。工频以下高速运转和低速运转虽然都是恒转矩方式,但高速运转时电机的输出转矩是大于低速时转矩的。

二、负载分类

负载总共分为三类,恒转矩负载、恒功率负载和二次平方负载。

恒转矩负载:转矩与转速无关,任何转速下转矩保持恒定。如电梯,一旦载客运行后,由于人数是不变的,故不管速度是快还是慢,负载力矩是恒定的。由公式1可看出,当转速增大转矩不变时功率增大,转速减小转矩不变时功率减小。此类负载有传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载,电梯、吊车、提升机等移位类负载。

恒功率负载:由公式1可看出,总功率不变,转速越高,转矩越小,转速越低,转矩越大。但不是无限增大和无限减小,一般增大或减小到一定值后转矩就不再变化,从而变为恒转矩运行。此类负载有机床主轴、轧机轧辊主传动、卷纸机。

此类负载选用变频器时最低频率要设定为50Hz,并规定调频只能往上调,例如,50~100Hz、50~200Hz等,因为变频器超过50HZ后,功率达到最大后不再变化,就是恒功率控制。当若用V/f控制法,就会造成低频时转矩不够。若为了满足低频将变频器容量选大,到高频时变频器就欠载运行,使用很不充分,造成容量浪费。

二次平方负载:转速减小,转矩按转速的2次方减小,功率按转速的3次方降低,所以低转速时电机电流小,转矩小,必须设定较长的加速时间和减速时间;转速增大,转矩按转速的2次方增大,功率按转速的3次方增大,随着转速提高,功率会急剧提高,易导致启动中断和电机严重发热。如风机水泵类负载。需要选用大容量变频器。

三、变频器控制方式

变频器的控制方式分为两种,V/F控制和矢量控制。

1、当变频器超过50HZ后,功率达到最大后不再变化,即恒功率,此时速度再增大,转矩就会变小。

2、当变频器低于50HZ时,分VF控制方式和矢量控制方式。

(1)V/F控制

V/F控制是指变频器运行时的输出电压和输出频率之比,频率越大,电压越大,频率越小,电压越小,两者始终正比为一个常数,由公式4可看出,电机的磁通是恒定的。变频器的输出频率从0HZ上升到50HZ时,输出电压也从0V上升到380V,所以380V50HZ时为电机最大磁通,超过最大磁通就会导致电机过热。

由公式5、6看出,当V/F为定值,电机所带负载不变也就是电流不变的情况下,V/F属于恒转矩调速。

如上述公式7所述,V/F控制方式在低速时转矩会降低,不再是恒转矩。为保证在低频时能够得到大的启动力矩,必须进行低频转矩补偿,即提高低频时的电压值,但补偿值不宜过大,否则易造成电机磁饱和,电机严重发热,此时变频器过载保护报警。

(2)矢量控制

矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理,根据异步电动机的动态数学模型,利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量,对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制。

V/F只能控制电机的输出频率实现调速,不能实现电机输出转矩的实时控制。矢量控制对于低速时的力矩提升非常好。矢量控制时需要做自整定,需要做参数修改。

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