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西门子变频器事情原理

宣布日期：

2023-01-30

西门子变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单位驱动单位、检测单位微处理单位等组成的。

1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

*1: r/min

电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可体现为rpm

例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min]

4极电机 50Hz 1500 [r/min]

结论：电机的旋转速度同频率成比例

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的事情原理决定电机的极数是牢固稳定的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调解电机的速度。

另外，频率能够在电机的外面调理后再供应电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的西门子变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n = 60f/p

n: 同步速度

f: 电源频率

p: 电机极对数

结论：改变频率和电压是最优的电机控制要领

如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此西门子变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是即是电机的额定电压。

例如：为了使电机的旋转速度减半，把西门子变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时西门子变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V

2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？

*1: 工频电源

由电网提供的动力电源（商用电源）

*2: 起动电流

当电机开始运转时，西门子变频器的输出电流

西门子变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动

电机在工频电源供电时起动和加速攻击很大，而当使用西门子变频器供电时，这些攻击就要弱一些。工频直接起动会爆发一个大的起动起动电流。而当使用西门子变频器时，西门子变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和攻击要小些。

通常，电机爆发的转矩要随频率的减�。ㄋ俣冉档停┒跣�。减小的实际数据在有的西门子变频器手册中会给出说明。

通过使用磁通矢量控制的西门子变频器，将改善电机低速时转矩的缺乏，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

3. 当西门子变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低

通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压规模内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te P=Pe)

西门子变频器输出频率大于50Hz频率时，电机爆发的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。

当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的巨细必须要给予考虑，以避免电机输出转矩的缺乏。

举例，电机在100Hz时爆发的转矩约莫要降低到50Hz时爆发转矩的1/2。

因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. (P=Ue*Ie)

4、矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

转矩提升：此功效增加西门子变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩缺乏的技术,使用'矢量控制'，可以使电机在低速,如(无速度传感器时)1Hz（对4极电机，其转速约莫为30r/min）时的输出转矩可以抵达电机在50Hz供电输出的转矩（最约莫为额定转矩的150％）。关于通例的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁缺乏，而使电机不可获得足够的旋转力。为了赔偿这个缺乏，西门子变频器中需要通过提高电压，来赔偿电机速度降低而引起的电压降。西门子变频器的这个功效叫做'转矩提升'（*1）。转矩提升功效是提高西门子变频器的输出电压。然而纵然提高许多输出电压，电机转矩并不可和其电流相对应的提高。因为电机电流包括电机爆发的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。'矢量控制'把电机的电流值进行分派，从而确定爆发转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。'矢量控制'可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化赔偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功效对改善电机低速时温升也有效。　

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