變頻器頻率調(diào)高，電壓也對(duì)應(yīng)要調(diào)高

 

三相異步電機(jī)的調(diào)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(jī)里邊的氣隙主磁通和轉(zhuǎn)子電流磁場(chǎng)的互相作用，雖然頻率和轉(zhuǎn)速是成正比例的，但是在基準(zhǔn)頻率以內(nèi)調(diào)速的時(shí)候，如果要降低轉(zhuǎn)速而調(diào)低頻率，這時(shí)候會(huì)出現(xiàn)氣隙主磁通太大，造成磁路嚴(yán)重飽和，引起電機(jī)發(fā)熱。所以在降低頻率的時(shí)候，需要把電壓也降低。而在加高頻率的時(shí)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(diào)整電壓，對(duì)于電子元件而言，那是比較困難的。人類(lèi)只善于通過(guò)線性的方法去處理一些復(fù)雜非線性的東西，有了IGBT等功率器件后，可以利用這類(lèi)器件能夠快速開(kāi)關(guān)的特性，把平穩(wěn)的電壓，切成很多個(gè)高頻可變的脈沖電壓。

 

 

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

 

 

在這個(gè)直流電壓和電機(jī)之間，利用IGBT這樣能高速大功率通斷的器件，來(lái)讓電機(jī)線圈上，可以瞬間通過(guò)多個(gè)頻率和占空比可以變動(dòng)的脈沖波形，這些脈沖波形，在空間包圍的面積上，可以達(dá)到和正弦波接近的效果，這樣的過(guò)程，可以達(dá)到改變頻率的同時(shí)而改變了電壓，讓電壓和頻率的比值V/F保持恒定某個(gè)值大小，從而控制了主磁通的恒定，讓異步電機(jī)能在恒轉(zhuǎn)矩模式下來(lái)調(diào)整速度，這個(gè)就是所謂的PWM斬波調(diào)速。

 

 

這種調(diào)速過(guò)程，電機(jī)的磁通保持恒定，電機(jī)的最大扭矩也是不變的，所以稱之為“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”模式，可以簡(jiǎn)單理解為在額定頻率以下的調(diào)速，都是這樣一種模式。

 

電壓不能無(wú)節(jié)制提升

 

電機(jī)有額定電壓，額定頻率和額定轉(zhuǎn)速，還有額定電流，也就是它有一個(gè)上限要求范圍，如果你給它的電壓超過(guò)了額定電壓，它線圈的絕緣擊穿了，會(huì)直接燒掉的。

 

 

所以電機(jī)的電壓到了一定程度，就不能繼續(xù)往上調(diào)整了，但是頻率還可以往上調(diào)整一定空間，這時(shí)候頻率變大的了，電壓的值依然沒(méi)有改變，相當(dāng)于V/F值變小了，這時(shí)候電機(jī)里邊的主磁通是隨著轉(zhuǎn)速的增加而變小的，所以轉(zhuǎn)速越高，電機(jī)的扭矩越小，這種調(diào)速方式，是犧牲了扭矩來(lái)提高頻率和轉(zhuǎn)速的，美其名曰“恒功率調(diào)速”，一般在調(diào)速范圍比較寬的場(chǎng)合來(lái)補(bǔ)充使用，類(lèi)似于汽車(chē)工作時(shí)候，變速箱的減速比比較小的場(chǎng)合。

 

 

這種調(diào)速方式，都是在額定頻率以上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，是一種弱磁調(diào)速方式，也就是減弱了主磁通的來(lái)達(dá)到調(diào)速目的，因?yàn)閹лd能力不行，需要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的使用環(huán)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(lái)的脈沖電壓，最高的幅值也就是這個(gè)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(jià)格都會(huì)加很多倍，根本是無(wú)法實(shí)現(xiàn)和使用的。

 

單片機(jī)技術(shù)進(jìn)步也是關(guān)鍵

 

以往只有模擬電子電路，要實(shí)現(xiàn)一些量化控制，需要非常多的元件，一點(diǎn)小小的功能，根本就不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜一點(diǎn)的控制邏輯。

 

 

數(shù)字電路發(fā)展起來(lái)后，大規(guī)模集成電路在一個(gè)芯片里邊成為可能，單片機(jī)出來(lái)了，可以在一個(gè)很小的芯片里邊，容納了非常多的晶體管，而且最終出來(lái)了可以編程的軟件功能，這樣開(kāi)發(fā)復(fù)雜的大功率功率管控制才有了條件。

 

V/F控制，雖然看起來(lái)只是讓兩個(gè)比值保持一定的恒定，但是如果使用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，幾乎是可能輕易實(shí)現(xiàn)的，但是對(duì)于單片機(jī)而言，它就是一個(gè)微信電腦主機(jī)了，能輕易計(jì)算和很多數(shù)據(jù)和流程，所以可以讓頻率在變化的同時(shí)，讓電壓也跟隨著變化。

 

 

變頻器的功能也不斷進(jìn)步，除了簡(jiǎn)單處理V/F算法控制以外，PWM等功能都集成到單片機(jī)里邊了，調(diào)整計(jì)時(shí)器的參數(shù)和設(shè)置往往就可以達(dá)到目標(biāo)。而矢量控制出來(lái)后，現(xiàn)在的芯片還能實(shí)現(xiàn)矢量變換和計(jì)算，還可以在變頻器里邊開(kāi)發(fā)出來(lái)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(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展。

 

 

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