异步电动机变频调速特性分析

1.负载的转矩特性

交流异步电动机的功率与负载转矩和转速的积成比例，即

P=Tn/9550 （3-1）

式中，P为功率（kW）；T为转矩（N·m）；N为转速（r/min）。

由式可见，负载种类不同其转矩T与转速n的关系亦不同，选用通用变频器时应根据负载性质正确选择，否则不但不能充分发挥通用变频器的性能，有时还会发生损坏通用变频器和电动机的故障。

生产机械的负载转矩T_L的大小和许多因素有关，通常把生产机械的负载转矩T_L与转速n的关系称为生产机械的负载转速-转矩特性，简称为负载特性。生产机械虽然种类繁多、性能及工艺要求各异，但从其转速-转矩的特性来看，可将其分为恒转矩负载、平方降转矩负载（也称其为通风机负载）、恒功率负载三大类。

（1）恒转矩负载

任何转速下负载转矩T_L总保持恒定或基本恒定，而与转速无关的负载称为恒转矩负载。这类负载多数是呈反抗性的，即负载转矩T的极性随转速方向的改变而改变。还有一种位势性转矩负载，负载转矩T_L的极性不随转速方向的改变而改变。(www.xing528.com)

（2）二次方降转矩负载

对于风扇、通风机、鼓风机、水泵、油泵等流体机械（风机水力机械），随叶轮的转动，其工作介质如空气、水、油等对叶片的阻力在一定转速范围内大致与转速n的二次方成比例变化。在低速时由于流体的流速低、阻力矩小，所以负载只需很小的起动转矩，而随着异步电动机转速的增加流速加快，所需转矩越来越大，其转矩大小以转速的二次方的比例增减，它们的特点是负载转矩与转速的二次方成正比，即T=kn²，较小的速度变化将使机械出力有较大变化。这样的负载称为二次方降转矩负载或称风机、泵类负载特性。

（3）恒功率负载

当负载功率恒定，与转速无关，或负载功率P₂为一定值时，负载转矩T则与转速n成反比的负载特性称为恒功率负载。如机床的主轴驱动、造纸机、卷纸机、塑料胶片生产机械的中央传动部分、卷扬机等属恒功率负载。负载的恒功率性质是就一定的速度变化范围而言的，当速度很低时，受机械强度限制，负载转矩T_L不可能无限增大，在低速区呈恒转矩性质。

负载的恒功率和恒转矩区对通用变频器的选择有很大影响，根据异步电动机原理，异步电动机在恒磁通调速时最大输出转矩不变，属于恒转矩调速，而在弱磁调速时，最大输出转矩与转速成反比属于恒功率调速。典型的恒功率负载如机床的主轴驱动、造纸机、卷纸机、塑料胶片生产机械的中央传动部分、卷扬机等属恒功率负载。

2.异步电动机变频调速特性

异步电动机变频调速时，为了保持负载能力，应保持气隙主磁通Φ不变，这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势，保持E₁/f_l=常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制，这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。但是，E₁难于直接检测和直接控制。当E₁和f_l的值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如忽略不计，则可以近似地保持定子电压U₁和频率f_l的比值为常数，即认为E₁≈U₁，保持U₁/f_l=常数。这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制。当频率由额定值向上增大时，电压U₁由于受额定电压U_1N的限制不能再升高，只能保持U₁=U_1N不变，这样必然会使主磁通随着f_l的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，即近似的恒功率调速方式。上述情况可用异步电动机变频调速特性曲线表示，如图3-27所示。