變頻器工作原理及組成

1. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？
*1: r/min
電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm.
例如：2極電機 50Hz 3000 [r/min]
4極電機 50Hz 1500 [r/min]
結論：電機的旋轉速度同頻率成比例
本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地確決于電機的極數和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由于該極數值不是一個連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以一般不適和通過改變該值來調整電機的速度。
另外，頻率能夠在電機的外面調節后再供給電機，這樣電機的旋轉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，是做為電機調速設備的優選設備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極對數
結論：改變頻率和電壓是最優的電機控制方法
如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出于過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續增加，最高只能是等于電機的額定電壓。
例如：為了使電機的旋轉速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
2. 當電機的旋轉速度（頻率）改變時，其輸出轉矩會怎樣？
*1: 工頻電源
由電網提供的動力電源（商用電源）
*2: 起動電流
當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流
變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小于直接用工頻電源驅動
電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。
通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。
3. 當變頻器調速到大于50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低
通常的電機是按50Hz電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te P=Pe)
變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。
當電機以大于50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速. (P=Ue*Ie)
4. 變頻器50Hz以上的應用情況
大家知道 對一個特定的電機來說 其額定電壓和額定電流是不變的。
如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A 電機可以工作在50Hz以上。
當轉速為50Hz時 變頻器的輸出電壓為380V 電流為30A. 這時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速.
這時的轉矩情況怎樣呢?
因為P=wT (w:角速度 T:轉矩). 因為P不變 w增加了 所以轉矩會相應減小。
我們還可以再換一個角度來看:
電機的定子電壓 U = E I*R (I為電流 R為電子電阻 E為感應電勢)
可以看出 UI不變時 E也不變.
而E = k*f*X (k:常數 f: 頻率 X:磁通) 所以當f由50--60Hz時 X會相應減小
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。