变频器中的低频带载的那些事儿~

电子月

我们要聊的与变频器有关，仅仅是其中很小的一部分——

低频带载相关的那些事儿~

关于变频器的优点这里就不多说了，太太常见了，今天我们主要聊聊关于变频器低频带载能力。我们都知道，通用变频器采用恒定的压频比控制，其目的是使得电动机的磁通保持一定。这样既不会因为磁通太弱而没能充分利用电动机的铁心形成浪费，也不会因为磁通过大而使绕组过热，从而保证了电动机的转矩、效率和功率因数等保持良好的性能。

01
恒压频控制
变频器调速时，保持电动机磁通不变的条件是

E1X/fX=const(恒定)

其中，fX 是运行频率；E1X 是此频率下，定子一相绕组的自感电动势；

而实际上只能做到

U1X/fX=const，ku=kf

其中，U1X 为频率 fX 下定子侧电压(即变频器输出电压)；

如下图所示，ku=kf，可以用 U/f 曲线来表示



这跟曲线表示电压和频率成正比，我们称为基本 U/f 曲线，表明了，变频器输出的最大电压为 380V，与最大电压对应的频率，称之为基本频率，用 fBA 表示。

需要注意，基本 U/f 曲线是满足上述第二个式子的曲线，并没有真正地满足第一个式子的条件。

根据电磁转矩的公式：TM=kMΦ1I2cosφ2

其中，电流是不允许超过额定电流值的，所以，带载能力的大小主要取决于磁通。在异步电机定子绕组的电路里，U1X 和 E1X 之间的差别在于，定子绕组电阻抗上的电压降ΔU。

磁通大小可以表示为

Φ=k*E1X/fX=|U1X-ΔU|/fX

k 可以看出一个系数。这就是我们所说注意点的原因，并且，定子绕组电阻抗上的电压降是不随频率改变的。

所以，我们得到当电机以频率 fX 运行时，磁通的大小和以下几个因素有关：

①变频器的输出电压 U1X(也就是电动机的电源电压)，U1X 越大，磁通也越大；

②电动机的负载轻重，负载越重，则电流越小，磁通将减小；

③电阻抗压降在电源电压中所占的比例，当频率下降时，变频器的输出电压也随之下降。如果负载转矩不变的话，电阻压降也时不变的，电阻压降在电源电压中的比例将会增大，也会导致磁通的减小。

02
低频运行时磁通的变化
在 ku=kf 的条件下，当频率下降时，电压将相应的下降。运行频率为 50HZ，对应的电压是 380V；假设电阻压降为 30V，那么反电动势便等于 350V，反电动势与频率的比值等于 7，这时的磁通应该是额定磁通，其相对值为 100%。


运行频率为 50HZ                              运行频率为 10HZ

当运行频率为 10HZ 时，在保证 ku=kf 的前提下，对应的电压为 76V，而电阻压降仍为 30V，则反电动势等于 46V，反电动势与频率的比值为 4.6，磁通的相对值变得只有 66%了。

可以看出，低频运行时，磁通将减小。所以在 ku=kf 的前提下，电动机的机械特性曲线如下：



频率下降时，理想空载点下移，但是机械特性的"硬度"基本不变，而临界转矩将会减小，也就是说其带负载能力将会下降，即低频带载能力变差。

03
转矩提升
如果低频运行时也能够得到额定磁通，只能通过加大变频器的输出电压来适当补偿电压，以此来增加磁通，从而增强电机在低频时的带载能力，我们称之为电压补偿，或转矩补偿，或者是转矩提升。具体如下图：



在频率 10HZ 的时候想要得到额定磁通，那么反电动势应该有 70V 才行，加上电阻压降 30V，则变频器的输出电压要达到 100V。即需要在原来的 76V 电压上再补上 24V。实际的 U/f 曲线如下图曲线②：



可见，运行频率不同时，电压的补偿量也是不一样的。在变频器中通常把 0HZ 对应的起点电压定义为电压 UC 的补偿量。

但是，补偿必须有所限制。如果转矩提升过大，便会导致变频器过流跳闸。一般来讲，Φ超过 110%，磁路就开始饱和了，超过 120%已经是过饱和了，励磁电流可见下图：


正常时的励磁电流                磁路饱和时的励磁电流

所以，在恒压频比控制方式下，变频器低频运行时，若要得到与额定状态下相同的带载能力，必须通过转矩提升来设定合理的补偿量，不能过分补偿。

总之就是，变频器的低频带载能力会变差，需要通过补偿来增强。今天的内容就是这样，希望你们能够喜欢~