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維修技術(shù)
電機(jī),旋轉(zhuǎn)速度,改變
內(nèi)容簡(jiǎn)介:感應(yīng)式交流電機(jī)(以后簡(jiǎn)稱為電機(jī))的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值(為2的倍數(shù),例如極數(shù)為2,4,6),所以一般不適和通過(guò)改變?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度。
      伺服電機(jī)(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī),是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。

      伺服電機(jī)可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確,可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制,并能快速反應(yīng),在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性,可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi),其主要特點(diǎn)是,當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

      變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流)、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。

      電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位:r/min   每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù),也可表示為rpm 。

例如:2極電機(jī) 50Hz 3000 [r/min]  

          4極電機(jī) 50Hz 1500 [r/min]  

      結(jié)論:電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例 。

      感應(yīng)式交流電機(jī)(以后簡(jiǎn)稱為電機(jī))的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值(為2的倍數(shù),例如極數(shù)為2,4,6),所以一般不適和通過(guò)改變?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度。  

      另外,頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī),這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。  

      因此,以控制頻率為目的的變頻器,是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。  

      n = 60f/p  
      n:同步速度  
      f:電源頻率  
      p:電機(jī)極對(duì)數(shù)  

      結(jié)論:改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法 。

      如果僅改變頻率而不改變電壓,頻率降低時(shí)會(huì)使電機(jī)出于過(guò)電壓(過(guò)勵(lì)磁),導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí),電壓卻不可以繼續(xù)增加,最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。 

      例如:為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半,把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz,這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V 。

      當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度(頻率)改變時(shí),其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣?  

      變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大,而當(dāng)使用變頻器供電時(shí),這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)起動(dòng)電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí),變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的,所以電機(jī)起動(dòng)電流和沖擊要小些。  

      通常,電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減。ㄋ俣冉档停┒鴾p小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說(shuō)明。  
      
      通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器,將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足,甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。

      當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí),電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低 。 

      通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的,其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。(T=Te, P<=Pe)  

      變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí),電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。  

      當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí),電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮,以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。  

      舉例,電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。  

      因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。(P=Ue*Ie)  

      變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況 

      大家知道, 對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來(lái)說(shuō), 其額定電壓和額定電流是不變的。  

      如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上。  

      當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí), 變頻器的輸出電壓為380V, 電流為30A. 這時(shí)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(diào)速。

      這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?  

      因?yàn)镻=wT (w:角速度, T:轉(zhuǎn)矩). 因?yàn)镻不變, w增加了, 所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。  

      我們還可以再換一個(gè)角度來(lái)看:

      電機(jī)的定子電壓 U = E + I*R (I為電流, R為電子電阻, E為感應(yīng)電勢(shì))  

      可以看出, U,I不變時(shí), E也不變. 

      而E = k*f*X, (k:常數(shù), f: 頻率, X:磁通), 所以當(dāng)f由50-->60Hz時(shí), X會(huì)相應(yīng)減小  

      對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō), T=K*I*X, (K:常數(shù), I:電流, X:磁通), 因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小。

      同時(shí), 小于50Hz時(shí), 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不變時(shí), 磁通(X)為常數(shù). 轉(zhuǎn)矩T和電流成正比. 這也就是為什么通常用變頻器的過(guò)流能力來(lái)描述其過(guò)載(轉(zhuǎn)矩)能力,并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-->最大轉(zhuǎn)矩不變) 。

      結(jié)論: 當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí), 電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。

      其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素

      發(fā)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(zhuǎn)矩能力。

      載波頻率:一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率, 最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值. 降低載波頻率, 電機(jī)的電流不會(huì)受到影響。但元器件的發(fā)熱會(huì)減小。

      環(huán)境溫度:就象不會(huì)因?yàn)闄z測(cè)到周?chē)鷾囟缺容^低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值。

      海拔高度:海拔高度增加, 對(duì)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。

      量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量之比接近一或較小。當(dāng)負(fù)載慣量確實(shí)很大,機(jī)械設(shè)計(jì)不可能使負(fù)載慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量之比小于五倍時(shí),則可使用電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量較大的電機(jī),即所謂的大慣量電機(jī)。使用大慣量的電機(jī),要達(dá)到一定的響應(yīng),驅(qū)動(dòng)器的容量應(yīng)要大一些。
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