變頻器調(diào)頻的過程中,芯片會自動調(diào)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(fā)熱無力,無法長期工作。
變頻器頻率調(diào)高,電壓也對應(yīng)要調(diào)高
三相異步電機的調(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里邊的氣隙主磁通和轉(zhuǎn)子電流磁場的互相作用,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)速的時候,如果要降低轉(zhuǎn)速而調(diào)低頻率,這時候會出現(xiàn)氣隙主磁通太大,造成磁路嚴(yán)重飽和,引起電機發(fā)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(diào)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(fù)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(guān)的特性,把平穩(wěn)的電壓,切成很多個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(wěn)壓濾波,這時候交流電已經(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(zhuǎn)矩模式下來調(diào)整速度,這個就是所謂的PWM斬波調(diào)速。
這種調(diào)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(zhuǎn)矩調(diào)速”模式,可以簡單理解為在額定頻率以下的調(diào)速,都是這樣一種模式。
電壓不能無節(jié)制提升
電機有額定電壓,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(xù)往上調(diào)整了,但是頻率還可以往上調(diào)整一定空間,這時候頻率變大的了,電壓的值依然沒有改變,相當(dāng)于V/F值變小了,這時候電機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,電機的扭矩越小,這種調(diào)速方式,是犧牲了扭矩來提高頻率和轉(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(diào)速方式,都是在額定頻率以上來實現(xiàn)的,是一種弱磁調(diào)速方式,也就是減弱了主磁通的來達到調(diào)速目的,因為帶載能力不行,需要綜合考慮現(xiàn)場的使用環(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,這樣即使斬波出來的脈沖電壓,很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(xiàn)和使用的。
單片機技術(shù)進步也是關(guān)鍵
以往只有模擬電子電路,要實現(xiàn)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(xiàn)復(fù)雜一點的控制邏輯。
數(shù)字電路發(fā)展起來后,大規(guī)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(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(xiàn),幾乎是可能輕易實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(diào)整計時器的參數(shù)和設(shè)置往往就可以達到目標(biāo)。而矢量控制出來后,現(xiàn)在的芯片還能實現(xiàn)矢量變換和計算,還可以在變頻器里邊開發(fā)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(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展。
來源:網(wǎng)絡(luò)