变频器电流在各环节的表现

1.变频器的输出电流

小李又到张老师家后，首先提出了一个问题：“变频器的输出电流和频率之间是什么关系？我在厂里注意观察了几台变频器，有的频率改变了，输出电流基本不变；也有的输出电流是和频率一起变的，频率低了，电流也随之减小。不知是怎么回事？”

张老师说：“你犯了一个概念性错误。

（1）拖动系统的基本原则 变频调速系统是用来拖动负载的，这就要求电动机产生的电磁转矩T_M必须足以克服负载的阻转矩T_L：

T_M=K_TI₂′Φ₁cosφ₂≈T_L

这是决定电动机的电流（也就是变频器的输出电流）大小的基本原则。

（2）变频器的输出电流 在电动机的磁通Φ保持不变的前提下，电磁转矩T_M的大小取决于转子电流I₂′（从而也决定了定子电流I₁）的大小。

因此，变频器输出电流（即电动机电流I₁）的大小是由负载轻重（即负载阻转矩T_L的大小）决定的，和输出频率的高低无关。

如图7-16所示，不论变频器的输出频率是50Hz，还是25Hz，如果负载的阻转矩T_L未变，变频器的输出电流也就是相等的。

图7-16 变频器的输出电流

a）50Hz的输出电流 b）25Hz的输出电流

你所说的输出电流随频率而变的现象，实质上是部分负载的阻转矩是随转速而变的。例如风机。”

小李红着脸说：“我看的正是风机。我明白了，频率下降时，风机的阻转矩减小了，所以输出电流也减小了。

这么说，结论应该是：变频器的输出电流和频率之间是没有关系的，对吧？”

张老师高兴地点了点头。

2.输入电流与输出电流

（1）输入电流小于输出电流 小李又问：“我观察了几台变频器，总觉得它的输入电流比输出电流小，是什么原因？”

张老师反问：“变压器里，一次电流和二次电流之间是什么关系？”

小李说：“在变压器里，根据能量守恒的原理，高压侧的电流小，而低压侧的电流大，如图7-17a所示。啊，我想起来了。

在变频器里，输出电压的大小是要随频率而变的。频率下降时，输出电压也减小。和变压器类似，在低频运行时，变频器的输出侧的电压低，电流大；而输入侧则电压高而电流小，如图b所示。对不对？”

张老师点点头说：“两者的原理是相同的，只是，在变频器里，输出电压的降低是和频率相联系的。现在，你能不能归纳一下频率下降时各环节电流的变化规律？”

图7-17 变频器与变压器的类比

a）变压器 b）变频器

小李于是拿了一张纸，一边思考一边说：“着眼点应该是：根据能量守恒的原理，各环节的功率是基本相等的。

（2）频率下降时各环节电流的变化规律

假设：

1）各环节的功率损耗都忽略不计。因此，各环节的功率都近似相等：(www.xing528.com)

P_S≈P_D≈P_M1≈P_M2

式中 P_S——变频器输入的电源功率，kW；

P_D——直流回路的功率，kW；

P_M1——电动机的输入功率（变频器的输出功率），kW；

P_M2——电动机的输出功率，kW。

2）转速改变时，负载的阻转矩保持不变：

T_L=C

则当变频器的输出频率下降时，各环节的功率将同时减小，但功率减小的原因各不相同。而各环节电流的变化规律如图7-18所示。

图7-18 频率下降时各环节电流的变化规律

1）电动机的输出功率

因转速n_M要随频率下降，在电磁转矩T_M不变的前提下，输出功率P_M2将减小。

2）电动机的输入功率

P_M1=U_XI_Mcosφ₁

式中，因电磁转矩不变，故电流大小也不变，但变频器的输出电压要随频率下降，所以，电动机的输入功率（也就是变频器的输出功率）是因为电压的降低而减小。

3）直流回路的电流 直流电功率P_D的计算公式是：

P_D=U_DI_D （7-8）式中P_D——直流回路的功率，kW；

U_D——直流回路的电压，V；

I_D——直流回路的电流，A。

直流电压U_D由三相电源电压经全波整流而得，电源电压是不变的，所以直流电压也是不变的。当直流电功率减小时，直流电流I_D必将随功率P_D的减小而减小。

4）变频器的输入电流I_S变频器输入功率P_S的计算公式是：

P_S=U_SI_Sλ （7-9）式中P_S——变频器的输入功率，kW；

U_S——电源线电压，V；

I_S——变频器输入的线电流，A；

λ——全功率因数（具体含义见后述）。

因电源电压U_S是不变的，故输入电流I_S也要随功率P_S而减小。

这样归纳，可以吗？”