恒转矩与恒功率调速技术

张老师说：“要描述恒转矩调速和恒功率调速，首先需要建立一个新的概念：

1.有效转矩

我先问你，什么是额定转矩？”

小李回答说：“额定转矩是电动机在连续运行的情况下，允许输出的最大转矩。”

张老师说：“应该说清楚，这是指在额定状态下，就是说，电压是额定电压，频率也是额定频率。那么，要是在非额定状态下，例如，变频调速在频率较低时，怎样来说明‘在连续运行的情况下，允许输出的最大转矩’呢？

图6-3 有效转矩和有效转矩线

a）有效转矩的概念 b）有效转矩线

这里要引进一个‘有效转矩’的概念：所谓有效转矩，就是在非额定状态下，允许连续输出的最大转矩，用T_MN来表示。如图6-3a所示，电动机在额定频率下运行时，其有效转矩就是额定转矩；而当频率下降时，电动机的机械特性下移，临界转矩有所减小，有效转矩就小于额定转矩。

有效转矩还有另一种定义方法：电动机在电流等于额定电流时的电磁转矩。两种定义方法的实质是一样的。

2.有效转矩线

仍以变频调速为例，对应于每一个工作频率，都有一条机械特性曲线。不同频率下的机械特性曲线簇如图6-3b所示。图中，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄点分别为不同频率下的有效转矩点。将这些点连接起来，便得到有效转矩线T_ME=f（n_M），如曲线⑤所示。

有效转矩线是说明电动机允许工作范围的曲线，就是说，拖动系统的工作点不应该超过有效转矩线的范围，否则将导致电动机的过载。”

小李高兴地接过来说：“啊，我知道了。

3.恒转矩调速

所谓恒转矩调速，就是在调速过程中，有效转矩保持不变，有效转矩线如图6-4a中之曲线⑤所示。是不是大多数调速方法都是恒转矩的？”

“不一定。一般说来，在额定转速以下的调速，多数是恒转矩的，或者，要采取措施达到恒转矩的。那么，调速过程中的有效功率又如何呢？”

小李拿起笔，在纸上写了起来：

式中 n_MX——调节后的转速，r/min；

P_MEX——转速为n_MX时的有效功率，kW；(www.xing528.com)

T_ME——有效转矩，N·m。

式（6-1）表明，有效功率是和转速成正比的。”

图6-4 恒转矩调速和恒功率调速

a）恒转矩调速 b）恒功率调速

4.恒功率调速

小李接着说：“所谓恒功率调速，就是在调速过程中，电动机的有效功率保持不变。”

张老师补充说：“也可以说成是：在调速过程中，电动机的最大输出功率保持不变。有效转矩线有什么特点？”

小李又在纸上写了起来：

式中 T_MEX——电动机在某一转速下的有效转矩，N·m；

P_ME——电动机的有效功率，kW。

式（6-2）表明，在恒功率调速时，有效转矩是和转速成反比的，因此，有效转矩线应该是双曲线。

老师，哪些调速方法是恒功率的？

张老师说：“主要有两种情况：

（1）机械调速

例如，齿轮箱输出轴上的有效功率就是恒功率的。因为，电动机的输出功率不变，如忽略齿轮箱的损耗功率，则齿轮箱输出轴上的有效功率恒等于电动机的额定功率。

（2）电动机在额定转速以上的调速

因为电动机的输出功率是不允许超过额定功率的，所以，转速越高，有效转矩越小，如图6-4b中之曲线④所示。