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變頻器的輸出頻率調高,那么輸出電壓將如何提高?

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樓主
發表于 2019-9-30 08:11:25 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
變頻器調頻的過程中,芯片會自動調整輸出電壓,讓兩者保持一定的比例,變頻器控制的過程中,電壓/頻率的比值,需要保持一定值,否則電機可能會因為磁通飽和問題而發熱無力,無法長期工作。
變頻器頻率調高,電壓也對應要調高
三相異步電機的調速,在大功率晶體管突破以前,一直都是非常不容易的事情。主要是它的扭矩取決于電機里邊的氣隙主磁通和轉子電流磁場的互相作用,雖然頻率和轉速是成正比例的,但是在基準頻率以內調速的時候,如果要降低轉速而調低頻率,這時候會出現氣隙主磁通太大,造成磁路嚴重飽和,引起電機發熱。所以在降低頻率的時候,需要把電壓也降低。而在加高頻率的時候,也需要加高電壓,總體上需要維持V/F值基本恒定。

交流電是正弦波,要調整電壓,對于電子元件而言,那是比較困難的。人類只善于通過線性的方法去處理一些復雜非線性的東西,有了IGBT等功率器件后,可以利用這類器件能夠快速開關的特性,把平穩的電壓,切成很多個高頻可變的脈沖電壓。

根據微積分原理,任何一條曲線,都可以通過多條直線來銜接起來模擬和逼近它,只要包圍的面積一致就可以達到一樣的作用效果。所以先把正弦波交流電,通過整流橋,變成直流電壓,利用電容穩壓濾波,這時候交流電已經完全變成了直流電,也就是人們需要的一條直線了。

在這個直流電壓和電機之間,利用IGBT這樣能高速大功率通斷的器件,來讓電機線圈上,可以瞬間通過多個頻率和占空比可以變動的脈沖波形,這些脈沖波形,在空間包圍的面積上,可以達到和正弦波接近的效果,這樣的過程,可以達到改變頻率的同時而改變了電壓,讓電壓和頻率的比值V/F保持恒定某個值大小,從而控制了主磁通的恒定,讓異步電機能在恒轉矩模式下來調整速度,這個就是所謂的PWM斬波調速。

這種調速過程,電機的磁通保持恒定,電機的最大扭矩也是不變的,所以稱之為“恒轉矩調速”模式,可以簡單理解為在額定頻率以下的調速,都是這樣一種模式。
電壓不能無節制提升
電機有額定電壓,額定頻率和額定轉速,還有額定電流,也就是它有一個上限要求范圍,如果你給它的電壓超過了額定電壓,它線圈的絕緣擊穿了,會直接燒掉的。
所以電機的電壓到了一定程度,就不能繼續往上調整了,但是頻率還可以往上調整一定空間,這時候頻率變大的了,電壓的值依然沒有改變,相當于V/F值變小了,這時候電機里邊的主磁通是隨著轉速的增加而變小的,所以轉速越高,電機的扭矩越小,這種調速方式,是犧牲了扭矩來提高頻率和轉速的,美其名曰“恒功率調速”,一般在調速范圍比較寬的場合來補充使用,類似于汽車工作時候,變速箱的減速比比較小的場合。

這種調速方式,都是在額定頻率以上來實現的,是一種弱磁調速方式,也就是減弱了主磁通的來達到調速目的,因為帶載能力不行,需要綜合考慮現場的使用環境和條件。
而且電源的電壓也是有一定的限制的,比如三相380伏,全部整流后,加在直流母線上,大概是535伏,這樣即使斬波出來的脈沖電壓,最高的幅值也就是這個大小了,再往上是不可能的了,除非增加了一些變壓裝置,那樣體積和價格都會加很多倍,根本是無法實現和使用的。
單片機技術進步也是關鍵
以往只有模擬電子電路,要實現一些量化控制,需要非常多的元件,一點小小的功能,根本就不能實現復雜一點的控制邏輯。
數字電路發展起來后,大規模集成電路在一個芯片里邊成為可能,單片機出來了,可以在一個很小的芯片里邊,容納了非常多的晶體管,而且最終出來了可以編程的軟件功能,這樣開發復雜的大功率功率管控制才有了條件。
V/F控制,雖然看起來只是讓兩個比值保持一定的恒定,但是如果使用模擬電路來實現,幾乎是可能輕易實現的,但是對于單片機而言,它就是一個微型電腦主機了,能輕易計算和很多數據和流程,所以可以讓頻率在變化的同時,讓電壓也跟隨著變化。
變頻器的功能也不斷進步,除了簡單處理V/F算法控制以外,PWM等功能都集成到單片機里邊了,調整計時器的參數和設置往往就可以達到目標。而矢量控制出來后,現在的芯片還能實現矢量變換和計算,還可以在變頻器里邊開發出來了各種plc控制功能,滿足不同的工藝控制要求和邏輯控制要求,這一些都得益于電子硬件技術和軟件技術的發展。

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沙發
發表于 2019-11-6 12:39:45 | 只看該作者
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GMT+8, 2019-12-6 12:12

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