变频电动机(frequency-change motor),根据《GB/T 5171.1-2014 小功率电动机》对变频电动机的定义,变频电动机是指由变频电源供电,并可通过频率改变来调节其运行转速的交流电动机。
根据n = 60f/p,n: 同步速度,f: 电源频率 ,p: 电机极数
感应式交流电机(以后简称为电机)的速度取决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的,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),所以不适和改变该值来调整电机的速度。所以只能通过改变频率来改变转速,频率是电机供电电源的电信号,如果该值能够在电机的外面调节后再供给电机,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变频器,是做为电机调速设备的优选设备。
改变频率和电压是最优的电机控制方法 。如果仅改变频率,电机将被烧坏。特别是当频率降低时,该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生,变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压,例如:为了使电机的旋转速度减半,变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz,这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。 例如:为了使电机的旋转速度减半,变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz,这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。
变频电动机的输入电量即变频器输出电量,为基波频率变化的PWM波,其测量方法与传统的工频正弦波测量有较大的区别。
1、通常我们说的变频器输出380V、50Hz,是指其基波(正弦波)为380V、50Hz。变频器实际输出波形为PWM波,除了基波外,还包含载波信号。载波信号频率要比基波高得多,且是方波信号,包含大量的高次谐波。
2、普通万用表一般只能测量45~66Hz或45~440Hz的交流正弦波。部分真有效值万用表的测量频率范围要宽得多,许多人认为可以用于变频测量、测试。其实不然,因为这种表测量结果把基波和载波都包含进去了。比如上述变频器,380V输出时,测量结果一般在400V以上。
3、用于变频测试的仪表应具备在各种PWM波形中分解出其基波的能力,严格测量需采用数字信号处理的方式,也就是高速采样得到样本序列,再对样本序列进行离散傅里叶变换,得到基波有幅值、相位及各次谐波的幅值和相位。
4、也有一种思路认为校准平均值(MEAN)可以替代变频器输出PWM信号中的基波成分的有效值。校准平均值在理论上等于正弦波的真有效值,等于正弦调制PWM波形的基波有效值,且实现简单;因此,MEAN值在许多仪器仪表中用于替代正谐波的有效值(RMS)或PWM的基波有效值(H01)的测量。但是,变频调速技术日新月异,非正弦调制PWM的应用越来越多,而且,一般变频器使用者通常并不了解自己的变频器采用何种调制模式,MEAN值在PWM测量中局限性越来越大。
因此,变频调速系统的电参数测试应采用具备合适带宽的变频电量变送器(包括变频电压传感器、变频电流传感器和电压电流组合式的变频功率传感器)及宽频功率分析仪(也称变频功率分析仪),宽频功率分析仪对信号进行高速交流采样后进行频谱分析,可以实时运算电压、电流的基波有效值及基波功率,还可计算电压、电流的真有效值、有功功率及相关谐波参数。
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