申論題

定子電壓變壓變頻式控制法（Variable Voltage Variable Frequency Control，VVVF）是一種用於控制感應電動機轉速的方法。這種方法能夠在較大範圍內有效地控制定力矩負載的轉速，其原因如下：

原理概述

感應電動機的同步轉速（nsn_sns​）與電源的頻率（fff）和電機的極數（PPP）有如下關係： Ns=120f/P​

由此可見，改變頻率可以直接改變同步轉速。

然而，改變頻率會影響電動機的磁通量。為了保持電動機的磁通量穩定，通常需要同時調整定子電壓，使得電壓和頻率的比值（V/f）保持恒定。這就是所謂的 VVVF 控制法。

為什麼能大範圍控制定力矩負載轉速

1. 保持磁通恒定：

   • 在 VVVF 控制法中，通過調整電壓與頻率的比值，保持電機的磁通量恒定。這樣做可以避免磁通量過高或過低，從而確保電動機在不同頻率下都能穩定運行。
   • 恒定的磁通量意味著電動機可以在不同的轉速下提供穩定的轉矩，這對於定力矩負載特別重要。

2. 廣泛的頻率調節範圍：

   • VVVF 控制法允許頻率從非常低（接近零）到額定頻率甚至更高的範圍內調節。這使得電動機可以在非常廣泛的轉速範圍內運行，而不會影響其轉矩特性。

3. 電壓與頻率同步調整：

   • 當頻率降低時，定子電壓也相應降低，這樣可以避免電機在低頻運行時過磁通，防止飽和和過熱。
   • 當頻率升高時，定子電壓也相應升高，這樣可以保持磁通量，防止轉矩下降。

4. 平滑的轉速控制：

   • VVVF 控制法提供了平滑且連續的轉速調節，避免了傳統控制方法中可能出現的突然變化和轉矩波動。
   • 這種平滑的控制特性特別適合需要穩定轉矩輸出的應用，例如輸送帶、泵和風機等定力矩負載。

結論

定子電壓變壓變頻式控制法能夠在大範圍內控制定力矩負載轉速的原因在於其通過同步調整電壓和頻率，保持電動機磁通量恒定，從而確保在不同轉速下都能提供穩定的轉矩。這種方法的廣泛頻率調節範圍和平滑控制特性，使其成為高效且可靠的電動機轉速控制方案。