變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系: n =60 f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數);通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。
三相異步電動機轉速公式為:n=60f(1-s)/p 從上式可見,改變供電頻率f、電動機的極對數p及轉差率s均可達到改變轉速的目的。從調速的本質來看,不同的調速方式無非是改變交流電動機的同步轉速或不改變同步轉速兩種。 在生產機械中廣泛使用不改變同步轉速的調速方法有繞線式電動機的轉子串電阻調速、斬波調速、串級調速以及應用電磁轉差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調速。改變同步轉速的有改變定子極對數的多速電動機,改變定子電壓、頻率的變頻調速有能無換向電動機調速等。 從調速時的能耗觀點來看,有高效調速方法與低效調速方法兩種:高效調速指時轉差率不變,因此無轉差損耗,如多速電動機、變頻調速以及能將轉差損耗回收的調速方法(如串級調速等)。有轉差損耗的調速方法屬低效調速,如轉子串電阻調速方法,能量就損耗在轉子回路中;電磁離合器的調速方法,能量損耗在離合器線圈中;液力偶合器調速,能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉差損耗隨調速范圍擴大而增加,如果調速范圍不大,能量損耗是很小的。
變頻器輸出為基波頻率變化的PWM波,其測量方法與傳統的工頻正弦波測量有較大的區別。
1、通常我們說的變頻器輸出380V、50Hz,是指其基波(正弦波)為380V、50Hz。變頻器實際輸出波形為PWM波,除了基波外,還包含載波信號。載波信號頻率要比基波高得多,且是方波信號,包含大量的高次諧波。
2、普通萬用表一般只能測量45~66Hz或45~440Hz的交流正弦波。部分真有效值萬用表的測量頻率范圍要寬得多,許多人認為可以用于變頻測量、測試。其實不然,因為這種表測量結果把基波和載波都包含進去了。比如上述變頻器,380V輸出時,測量結果一般在400V以上。
3、用于變頻測試的儀表應具備在各種PWM波形中分解出其基波的能力,嚴格測量需采用數字信號處理的方式,也就是高速采樣得到樣本序列,再對樣本序列進行離散傅里葉變換,得到基波有幅值、相位及各次諧波的幅值和相位。
4、也有一種思路認為校準平均值(MEAN)可以替代變頻器輸出PWM信號中的基波成分的有效值。校準平均值在理論上等于正弦波的真有效值,等于正弦調制PWM波形的基波有效值,且實現簡單;因此,MEAN值在許多儀器儀表中用于替代正諧波的有效值(RMS)或PWM的基波有效值(H01)的測量。但是,變頻調速技術日新月異,非正弦調制PWM的應用越來越多,而且,一般變頻器使用者通常并不了解自己的變頻器采用何種調制模式,MEAN值在PWM測量中局限性越來越大。
因此,變頻調速系統的電參數測試應采用具備合適帶寬的變頻電量變送器(包括變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器和電壓電流組合式的變頻功率傳感器)及變頻功率分析儀,變頻功率分析儀對信號進行高速交流采樣后進行頻譜分析,可以實時運算電壓、電流的基波有效值及基波功率,還可計算電壓、電流的真有效值、有功功率及相關諧波參數。