（已结贴）变频擂台第100期——异步电机在变频调速时的机械特性 点击：936 | 回复：10
本期擂台：异步电机在变频调速时的机械特性
异步电动机改变定子频率F即可平滑地调节同步转速，随着F的改变，电动机的机械特性将如何变化、能否满足生产机械的要求等问题都应加以研究。
根据电机学知识，咱知道如果忽略定子的阻抗压降，则：
1）当端电压U不变，随着F的升高，气隙磁通将减少，进而导致电机允许输出转矩M下降，显然这是不允许的。
2）当端电压U不变，随着F的减小，气隙磁通将增加，进而导致磁路饱和，激励电流上升，铁损激剧增加，当然这也是不允许的。
因此在许多场合，要求在调频的同时还要调压，来维持磁通不变，根据U和F的不同比例关系，将有不同的变频调速方式。请分别列举！
本期擂台的最晚结贴时间为：2013年4月30日。
奖项设置：一等20MP 1名 二等10MP 3名 三等5MP 4名 鼓励奖若干 各50积分
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哈哈，这个好啊，在我们这里正在应用，很广泛的哦、、、
fx≤fN时的有效转矩线
(1)有效转矩线的概念。电动机在某一转速（频率）下能够安全、稳定、长期运行的最大转矩，称为有效转矩，用TM表示。有效转矩是用来说明电动机在该频率下带负载能力的物理量。
电动机在某一频率下工作时，对应的机械将性曲线只有一条，而有效转矩只有一个点，将所有频率下的有效转矩点连接起来，即得到电动机在变频调速过程中的有效转矩线。
异步电动机在无补偿(Uf=常数)时的有效转矩线。由于没有补偿，电动机的机械特性，所以有效转矩也随频率而降低。把不同频率下的有效转矩点都连接起来，便得到有效转矩线。
（2）有效转矩线与负载机械特性曲线的关系。有效转矩线与负载机械特性曲线的关系主要反映在以下两个方面。
①有效转矩线是说明电动机在不同频率下允许工作范围的曲线，而不是说明电动机工作状态的特性曲线。因此，不能在有效转矩线上决定工作点。
②要使拖动系统在全调速范围内都能正常运行，必须使有效转矩线把负载机械特性曲线的运行段包围在内。
(3)工气瓜时的有效转矩线。恒转矩调速的特性将在后续阐述，在这里，所谓q匣转矩调速特性”的具体体现，就是指有效转矩具有恒转矩的特点。
如果单纯从能否带得动的角度看，则不管是适当补偿电压(U/f控制方式)还是采用矢量控制方式，都能够在f≤fN的范围内得到恒转矩的有效转矩线。
但是，在低频运行时，电动机的散热条件将变差。长时间地在额定转矩下运行，将导致电动机因过热而损坏。所以，在考虑低频时的有效转矩线时，除了有一个“能不能”的问题外，还有一个可不可以长时间运行的问题，后者和低频运行时的散热条件有关。
①一般情况下，电动机的散热主要靠自身的风扇和内部的通风。频率较低时，转速下降，风扇的风量和内部的通风情况都将变差，散热效果下降，电动机的有效转矩也就下降。
②在下列情况下，有效转矩线可以是恒转矩的：
如果能够充分改善散热条件（如外加强迫通风或采用专用电动机）；在拖动短时负载或低速运行时间不长的负载（如龙门刨床）时。
③除此以外，在U/f控制方式下，如果将最低频时的转矩补偿到与额定转矩相等的程度，则轻载或空载时，将出现磁路饱和、励磁电流严重畸变的问题。所以，转矩补偿的程度是受到限制的。
1 感应式交流电机的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
改变频率和电压是最优的电机控制方法
如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。
输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。
例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V
2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？
当电机开始运转时，变频器的输出电流，变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动，电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。
通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。
通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。
3. 当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低， 通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe)
变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。
当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。
例如，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。
因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.
4. 变频器50Hz以上的应用情况
对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的.如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上，当转速为50Hz时, 变频器的输出电压为380V, 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60Hz, 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速.
这时的转矩情况怎样呢?因为P=wT (w:角速度, T:转矩). 因为P不变, w增加了, 所以转矩会相应减小.我们还可以再换一个角度来看，电机的定子电压 U = E + I*R (I为电流, R为电子电阻, E为感应电势)，可以看出, U,I不变时, E也不变.而E = k*f*X, (k:常数, f: 频率, X:磁通), 所以当f由50-->60Hz时, X会相应减小
于电机来说, T=K*I*X, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.同时, 小于50Hz时, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变-->最大转矩不变)
所以，变频器输出频率从50Hz以上增加时, 电机的输出转矩会减小.
.机械特性指转矩随转速变化的曲线，电机行业一般称为M-S曲线,转速为自变量。但电力拖动系统通常选转矩为自变量,两者实际没区别,在直角坐标系里,只是纵坐标与横坐标变置。
变频调速时电动机的机械特性,在生产实践中,变频调速时电压随频率的调节规律以基准频率为分界线,我们分两种情况分析:
(1)在基频以下调速时,保持U1/f1=常数调解,即恒转矩调速.当f1减少时,最大转矩不变,启动转矩增大,临界点转速降不变。因此机械特性随频率的降低而向下平移,实际上,由于定子电阻的存在,随f1的降低,最大转矩将减小,当f1很低时,最大转矩减少很多。定子阻抗压所占的份量比较显著,不能再忽略。如果电动机在额定负载下运行,U1降低后将导致转速下降,转差率增大,转子电流因转子电动势E2S=sE2的增大而增大,从而引起定子电流增大,导致电动机过载。长期欠压过载运行,必然使电动机过热、使用寿命缩短。另外电压下降过多,可能出现最大转矩小于负载转矩,导致电机停转。为保证电动机在低速时有足够大的最大转矩值,可人为地把电压U1抬高一些,以便近似地补偿定子压降(f1N>f11>f12>f13)。
(2)在基频以上调速时,频率从f1N往上增高,但电压U1却不能超过额定电压U1N,最多只能保持U1=U1N。由式U1≈E1=4.44f1N1kW15m可知,这将迫使磁通与频率成反比例降低。当频率提高时,同步转速随之提高,最大转矩减小,机械特性上移。由于频率提高而电压不变,气隙磁动势必然减弱,导致转矩减小。由于转速升高了,输出的功率基本不变。因此,基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速(f1N>f11>f12>f13)。
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