交流調(diào)速第一章之三課件

2023/1/51異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一章主講教師：崔納新山東大學(xué)2022/12/271異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一2023/1/52本章提要1.1異步電動機運行原理1.2異步電動機的機械特性1.3變頻調(diào)速的基本控制方式1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合2022/12/272本章提要1.1異步電動機運行2023/1/53

目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，并已取得了顯著的社會效益。電力軋鋼造紙化工煤炭紡織船舶機床航天航空廣泛應(yīng)用：1.3變頻調(diào)速的基本控制方式2022/12/273目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)2023/1/54

1.3變頻調(diào)速的基本控制方式

由于在調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無論是高速還是低速時效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能實現(xiàn)高動態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣，是本課程的重點。2022/12/2741.3變頻調(diào)速的基本控制方式2023/1/551.3變頻調(diào)速的基本控制方式異步電機的轉(zhuǎn)速n與定子供電頻率之間有以下關(guān)系：（1-29）

從上式可知，只要平滑地調(diào)節(jié)異步電機定子的供電頻率f1，同步轉(zhuǎn)速n0隨之改變，就可以平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，從而實現(xiàn)異步電機的無級調(diào)速，這就是變頻調(diào)速的基本原理。變頻調(diào)速光調(diào)頻行嗎？？2022/12/2751.3變頻調(diào)速的基本控制方式異步電機2023/1/56在進(jìn)行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：

----希望保持電機中每極磁通量m為額定值不變。

如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵芯，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性2022/12/276在進(jìn)行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因2023/1/57對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a償，m保持不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通m由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要費一些周折了。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性2022/12/277對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對2023/1/58（1-30）

式中

Es—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值（V）—定子頻率（Hz）；

f1—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

Ns—基波繞組系數(shù)；

kNs—每極氣隙磁通量(Wb)。m

定子每相電動勢由式（1-30）可知，只要控制好Es和f1，便可達(dá)到控制磁通m

的目的，對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。2022/12/278（1-30）式中Es—氣隙磁通在定2023/1/59常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。

二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式

由式（1-30）可知，要保持m

不變，當(dāng)頻率f1

從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Es

，使2022/12/279常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。2023/1/5101.保持的嚴(yán)格恒磁通控制

由式（1-30）可得

（1-31）

由式（1-31）可知，要保持磁通m不變，當(dāng)頻率f1從額定頻率向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低電動勢Es，即采用恒定的電動勢頻率比的控制方式。這時異步電動機的機械特性將會如何呢？2022/12/27101.保持的嚴(yán)格恒2023/1/5111.保持的嚴(yán)格恒磁通控制由圖1-14可知：

將上式代入式（1-17）電磁轉(zhuǎn)矩基本公式，可得

2022/12/27111.保持的嚴(yán)格恒磁2023/1/5121.保持的嚴(yán)格恒磁通控制上式對s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可得恒磁通控制轉(zhuǎn)矩最大時的轉(zhuǎn)差率為將sm代入式（1-33）得最大電磁轉(zhuǎn)矩

2022/12/27121.保持的嚴(yán)格恒磁2023/1/5131.保持的嚴(yán)格恒磁通控制可見，當(dāng)調(diào)速過程中Es/f1為恒值時Temax值是恒定不變的在低頻低速下也能保持這個最大電磁轉(zhuǎn)矩，因此稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。

2022/12/27131.保持的嚴(yán)格恒磁2023/1/514

2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)

然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓Us≈

Es，則得Es

Us，這就是保持的近似恒磁通控制也稱為恒壓頻比控制或U/f控制

是開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)常用的控制方式。

2022/12/27142.保持常值的近似恒磁通2023/1/5152.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)式（1-18）的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：

當(dāng)采用恒壓頻比控制方式時，式（1-18）可改寫為：

（1-18）（1-36）

2022/12/27152.保持常值的近似恒磁通控2023/1/5162.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)當(dāng)電動機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)差率s很小，可以忽略分母中含s項，則式中，

由上式可知，當(dāng)采用恒壓頻比控制時，對于同一電磁轉(zhuǎn)矩Te，sf1是基本不變的，即n基本不變，這說明恒壓頻比條件下改變頻率時，機械特性是平行下移的。

2022/12/27162.保持常值的近似恒磁通控2023/1/5172.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)由上節(jié)推導(dǎo)的最大轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

（1-38）

(1)

當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，f1在額定頻率fn附近變化，定、轉(zhuǎn)子的總漏抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定子電阻Rs,2022/12/27172.保持常值的近似恒磁通控2023/1/5182.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)則最大轉(zhuǎn)矩上式表明，頻率較高時，恒壓頻比調(diào)速時異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩與頻率無關(guān)，基本上保持不變。

2022/12/27182.保持常值的近似恒磁通2023/1/5192.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，f1比f1n下降很多，此時定、轉(zhuǎn)子總漏抗隨之下降，定子電阻Rs不能忽略，對式（1-38）稍加整理可得可見在不變時，最大轉(zhuǎn)矩Temax是隨著定子供電頻率f1的下降而減小的。2022/12/27192.保持常值的近似恒磁通2023/1/520

在低頻時Us

和ES都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，需要人為地把電壓Us抬高一些，以便近似地補償定子壓降。

帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的b線，無補償?shù)目刂铺匦詣t為a線。2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)OUsf1圖1-16

恒壓頻比控制特性UsNf1Na

—無補償

b

—帶定子壓降補償

2022/12/2720在低頻2023/1/521低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大電磁轉(zhuǎn)矩有所增大，實質(zhì)上是對異步電機電磁轉(zhuǎn)矩的補償，可以增強電動機的帶負(fù)載能力。一般變頻器調(diào)壓調(diào)頻控制方式都有轉(zhuǎn)矩補償功能，其理論基礎(chǔ)就在于此。

2.保持常值的近似恒磁通控制

2022/12/2721低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大2023/1/522

機械特性曲線nON0n圖1-17恒壓頻比控制時變頻調(diào)速的機械特性補償定子壓降后的特性01n12w13w03n02n11wN1w131211N1wwww>>>eT

2022/12/2722機械特性曲線nON0n圖1-172023/1/5232.保持常值的近似恒磁通控制

恒壓頻比控制方式的優(yōu)點是變頻裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低，運行可靠，調(diào)試方便。

但是，在這種控制方式下，異步電動機在低頻工作時，最大轉(zhuǎn)矩Temax將隨定子供電頻率f1的下降而減小，在頻率很低時，啟動轉(zhuǎn)矩也將減小，因此它比較適用于調(diào)速范圍不大或轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的負(fù)載，如風(fēng)機、水泵類負(fù)載，風(fēng)機泵類負(fù)載屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在低頻時要求的電磁轉(zhuǎn)矩小。

2022/12/27232.保持常值的近似恒磁通2023/1/5243.恒

Er/1

控制

如果把電壓－頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓再進(jìn)一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降也抵消掉，得到恒Er/1

控制，那么，機械特性會怎樣呢？由此可寫出Er2022/12/27243.恒Er/1控制2023/1/525代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得

現(xiàn)在，不必再作任何近似就可知道，這時的機械特性完全是一條直線。3.恒

Er/1

控制2022/12/2725代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得2023/1/5260s10Te

幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較不同電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式時的機械特性恒Er/1控制恒Eg/1控制恒Us/1控制ab

c2022/12/27260s10Te幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制2023/1/527

顯然，恒Er/1

控制的穩(wěn)態(tài)性能最好，可以獲得和直流電機一樣的線性機械特性。這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的性能?，F(xiàn)在的問題是，怎樣控制變頻裝置的電壓和頻率才能獲得恒定的Er/1

呢？3.恒

Er/1

控制2022/12/2727顯然，恒Er/1控制的2023/1/528

（1-30）可以看出，當(dāng)頻率恒定時，電動勢與磁通成正比。在式（1-30）中，氣隙磁通的感應(yīng)電動勢Es

對應(yīng)于氣隙磁通幅值m

，那么，轉(zhuǎn)子全磁通的感應(yīng)電動勢Er

就應(yīng)該對應(yīng)于轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm

：3.恒

Er/1

控制

由此可見，只要能夠按照轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm=恒值進(jìn)行控制，就可以獲得恒Er/1

了。這正是矢量控制系統(tǒng)所遵循的原則，第3.3節(jié)中將詳細(xì)討論。2022/12/27282023/1/5294．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較

綜上所述，在正弦波供電時，按不同規(guī)律實現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類型的機械特性。

1）恒壓頻比（Us/1=恒值）控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有些差強人意，須對定子壓降實行補償。2022/12/27294．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較2023/1/5302）恒Es/1控制是對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到m=恒值，從而改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。

4．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較2022/12/27302）恒Es/1控制是對恒壓頻比控制2023/1/531

3）恒Er/1

控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm

恒定進(jìn)行控制，即得

Er/1=恒值而且，在動態(tài)中也盡可能保持rm恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標(biāo)，當(dāng)然實現(xiàn)起來是比較復(fù)雜的。4．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較2022/12/27313）恒Er/1控制可以得2023/1/532三、基頻以上的變頻調(diào)速控制方式

但這時電機輸出的機械功率是否不變呢？

在基頻以上調(diào)速時，頻率應(yīng)該從f1N

向上升高，但定子電壓Us

卻不可能超過額定電壓UsN

，最多只能保持Us=UsN

，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機弱磁升速的情況。2022/12/2732三、基頻以上的變頻調(diào)速控制方式但2023/1/533（一）近似恒功率調(diào)速方式事實上，電壓不變，升高頻率的調(diào)速方式是近似恒功率調(diào)速方式。

由于定子端電壓Us=Usn保持不變，式（1-22）的最大轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可改寫為

由上式可知，在電壓不變的前提下，隨著角頻率1的升高，最大轉(zhuǎn)矩Temax隨之下降。

2022/12/2733（一）近似恒功率調(diào)速方式事實上，電壓2023/1/534

機械特性曲線

當(dāng)角頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機械特性上移，而形狀基本不變，如圖所示。圖3-18基頻以上恒壓變頻調(diào)速的機械特性恒功率調(diào)速O<<<b1wc1wa1wN1wnc0nb0na0nN0nc1wb1wa1wN1weT2022/12/2734機械特性曲線當(dāng)角頻率提2023/1/535（二）嚴(yán)格恒功率控制方式

電動機輸出的機械功率為：

要實現(xiàn)嚴(yán)格的恒功率控制，必須使基頻以上不同頻率對應(yīng)機械功率相等，即

2022/12/2735（二）嚴(yán)格恒功率控制方式電動機輸出2023/1/536（二）嚴(yán)格恒功率控制方式可推導(dǎo)得到即

（1-54）

通過上述分析，可得出如下結(jié)論：（1）為了獲得嚴(yán)格的恒功率調(diào)速，在頻率由基頻上調(diào)時，應(yīng)使電壓與頻率的1/2次方成正比變化，即。2022/12/2736（二）嚴(yán)格恒功率控制方式可推導(dǎo)得到即2023/1/537（二）嚴(yán)格恒功率控制方式（2）基頻上調(diào)、電壓不變的控制方式，不能實現(xiàn)嚴(yán)格的恒功率調(diào)速。（3）把基頻下調(diào)和基頻上調(diào)兩種情況結(jié)合起來，可得異步電動機變頻調(diào)速的控制特性如圖1-19所示。在基頻fn以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)，磁通和轉(zhuǎn)矩恒定，功率與頻率（轉(zhuǎn)速）成正比；在基頻以上為恒功率調(diào)速區(qū)，功率恒定，磁通和轉(zhuǎn)矩與頻率（轉(zhuǎn)速）成反比。

2022/12/2737（二）嚴(yán)格恒功率控制方式（2）基頻上2023/1/538

變壓變頻控制特性f1N圖1-19異步電機變壓變頻調(diào)速的控制特性

恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNΦmNΦm恒功率調(diào)速ΦmUsf10由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁通勢必減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的減小，但轉(zhuǎn)速升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。2022/12/2738變壓變頻控制特性f1N圖1-192023/1/539小結(jié)電壓Us與頻率1是變頻器—異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的兩個獨立的控制變量，在變頻調(diào)速時需要對這兩個控制變量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。在基頻以下，有三種協(xié)調(diào)控制方式。采用不同的協(xié)調(diào)控制方式，得到的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不同，其中恒Er

/1控制的性能最好。在基頻以上，采用保持電壓不變的近似恒功率弱磁調(diào)速方法。返回目錄2022/12/2739小結(jié)電壓Us與頻率1是變頻器2023/1/540

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性是指生產(chǎn)機械負(fù)載的靜態(tài)阻轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

比較典型的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性通?？梢源笾路譃槿N：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載

一、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性2022/12/27401.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式2023/1/541

（一）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

式中，PL是負(fù)載功率（kW）。

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩在任何轉(zhuǎn)速下都保持恒定或基本恒定

，其基本特點是

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合2022/12/2741（一）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載式中，P2023/1/542

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點：1.轉(zhuǎn)矩特點：在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩基本恒定，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)；2.功率特點：負(fù)載功率與速度成正比。

這類負(fù)載有傳送帶、攪拌機、擠壓機等摩擦類負(fù)載和起重機、提升機等重力負(fù)載。

另外，空氣壓縮機、羅茨鼓風(fēng)機、球磨機、注塑機、往復(fù)式注塞泵等也屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合2022/12/2742恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點：這類負(fù)載有傳2023/1/5431.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合

以傳送帶為例，其靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小決定于

（1-56）

上式中，F(xiàn)是滾輪與皮帶之間的摩擦力；r是滾輪的半徑，兩者都與轉(zhuǎn)速無關(guān)，所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程中，轉(zhuǎn)矩TL保持不變。2022/12/27431.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式2023/1/544變頻器驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負(fù)載時，低速區(qū)的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且要有足夠的轉(zhuǎn)矩過載能力。

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合

對于U/f控制方式的通用變頻器而言，應(yīng)有低速下的轉(zhuǎn)矩提升功能，并仔細(xì)調(diào)整U/f特性，使電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩既能滿足起動和低速穩(wěn)定運行的需要，又不會出現(xiàn)過勵磁現(xiàn)象。

2022/12/2744變頻器驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負(fù)載時，低速區(qū)的2023/1/545恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高，負(fù)載所需的功率越高，電動機的功率應(yīng)滿足最高轉(zhuǎn)速下的負(fù)載功率的要求。1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合

如果需要在低速下穩(wěn)速運行，應(yīng)該考慮

到由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動機定子電流亦基本不變，而通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動機的散熱能力卻變壞的特點，采取相應(yīng)的措施。

2022/12/2745恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越2023/1/546調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成開環(huán)人為調(diào)節(jié)工作頻率閉環(huán)自動調(diào)節(jié)工作頻率

2022/12/2746調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成開環(huán)人為調(diào)節(jié)工作頻率閉環(huán)2023/1/547（二）恒功率負(fù)載

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合恒功率負(fù)載的特點：（1）負(fù)載功率基本保持不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)

（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大致成反比2022/12/2747（二）恒功率負(fù)載1.4負(fù)載轉(zhuǎn)2023/1/548（二）恒功率負(fù)載

這類負(fù)載有軋鋼機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等。

各種機床主軸也屬于恒功率負(fù)載，這些機床的特點是粗加工時進(jìn)刀量大，轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低，精加工時進(jìn)刀量小，轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速高。

2022/12/2748（二）恒功率負(fù)載

2023/1/549上式中，F(xiàn)是被卷物的張力，r是被卷物的半徑。

在卷繞過程中，要求線速度v和張力F保持恒定，因此，拖動系統(tǒng)的功率保持不變：

（二）恒功率負(fù)載

以薄膜卷取機為例，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小決定于

（1-59）

若要保證線速度v和張力F恒定，轉(zhuǎn)速需與轉(zhuǎn)矩大小成反比變化。2022/12/2749上式中，F(xiàn)是被卷物的張力，r是被卷物2023/1/550（二）恒功率負(fù)載變頻器供電異步電動機在驅(qū)動恒功率負(fù)載時，通?？紤]在某轉(zhuǎn)速以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而在高于該轉(zhuǎn)速時才采用恒功率調(diào)速方式。

當(dāng)速度很低時，受設(shè)備機械強度的限制，TL不可能無限增大，因此負(fù)載的恒功率性質(zhì)一般是在較高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，低速下則轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。

2022/12/2750（二）恒功率負(fù)載變頻器供電異步電動機2023/1/551（二）恒功率負(fù)載應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的特性和工藝要求仔細(xì)選擇傳動方案的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)變頻器應(yīng)控制電動機運行于恒磁通調(diào)速條件下，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變；在恒功率區(qū)變頻器應(yīng)控制電動機進(jìn)行弱磁升速，保持輸出功率基本不變。

2022/12/2751（二）恒功率負(fù)載應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的特性2023/1/552（三）平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載在各種風(fēng)機、水泵、油泵中，隨著葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比。即

隨著轉(zhuǎn)速的降低，平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩以平方的比例減小，所以低頻時的負(fù)載電流很小，即使使用普通異步電動機也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象。

2022/12/2752（三）平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載在各種風(fēng)機、水泵2023/1/553（三）平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載所需的功率與速度的3次方成正比，即

（1-61）2022/12/2753（三）平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載所需的2023/1/554

（三）平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載一般的U/f控制變頻器都預(yù)先設(shè)置了平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載用的U/f特性。

但是由于負(fù)載機械的不同，飛輪慣量GD2差別較大，當(dāng)GD2較大且起動較快時，應(yīng)事先校核起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。

由于高速時所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機、水泵類負(fù)載超工頻運行，以免發(fā)生過載。考慮電動機的容量時，應(yīng)按機械最高可能轉(zhuǎn)速（一般為額定轉(zhuǎn)速）下的功率來決定。

2022/12/2754（三）平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載一般的U/f控制2023/1/555二、調(diào)速方式電機常用的有兩種典型調(diào)速方式，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式。如果輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速無關(guān)，則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。其轉(zhuǎn)矩（輸出電流決定）大小決定于負(fù)載固有的特性，跟其輸出頻率無太大關(guān)系。如果輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成反比，則為恒功率調(diào)速方式。所謂調(diào)速方式，是指在電機得到充分利用的條件下，電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。2022/12/2755二、調(diào)速方式電機常用的有兩種典型調(diào)速2023/1/556三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合

為了充分利用電動機，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式適合拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；恒功率調(diào)速方式適合拖動恒功率負(fù)載。有些生產(chǎn)機械，在較低的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有近似恒轉(zhuǎn)矩的特性，而在較高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有恒功率的特性，例如初軋機。對于此類設(shè)備，采用基速以下恒壓頻比、基速以上弱磁調(diào)速的方法，就能與負(fù)載特性實現(xiàn)較好的配合，使電動機得到較充分的利用。2022/12/2756三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合為了充2023/1/557

調(diào)速方法與負(fù)載特性的配合是否恰當(dāng)可以用圖1-27來說明。

圖1-27（a）表示電動機的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍和負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致，即在任何轉(zhuǎn)速下都有TL=Tea（相“匹配”），是理想的配合情況，電動機的容量和變頻器的容量均最小。

三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合2022/12/2757調(diào)速方法與負(fù)載特性的2023/1/558三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合

但是，如果負(fù)載要求的恒功率范圍很寬，要維持低速下的恒功率關(guān)系，變頻器和電動機的容量不得不很大，系統(tǒng)的成本會加大。在可能的情況下，盡量采用一種折中方案，適當(dāng)縮小恒功率范圍（以滿足生產(chǎn)工藝要求為前提），以減小變頻器和電動機的容量，降低成本。

2022/12/2758三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合但是，2023/1/559三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合

圖1-27（b）表示恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速與恒功率負(fù)載相配合，為了使電動機在nmax與nmin之間的任何轉(zhuǎn)速下都能長期可靠運行，應(yīng)當(dāng)使Tea等于最低轉(zhuǎn)速時的靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩。這樣，在其它轉(zhuǎn)速下，電動機得不到充分利用。2022/12/2759三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合2023/1/560有些生產(chǎn)機械的靜負(fù)載基本上是恒功率的，但是調(diào)速范圍較大，如果采用弱磁調(diào)速，它的調(diào)速范圍滿足不了要求。圖1-27（f）表示恒轉(zhuǎn)矩、恒功率分區(qū)調(diào)速與恒功率負(fù)載配合，雖然電動機也得不到充分利用，但是比采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速要好些。

三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合2022/12/2760有些生產(chǎn)機械的靜負(fù)載基本上是恒功率的2023/1/561三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合圖1-27（c）表示恒功率調(diào)速與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合，除了最高轉(zhuǎn)速外，其他轉(zhuǎn)速下，電動機得不到充分利用，這種配合也不好。

2022/12/2761三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合圖1-22023/1/562三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合圖1-27（d）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速與平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合

虛線表示使電動機得到充分利用的轉(zhuǎn)矩Tea

2022/12/2762三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合圖1-22023/1/563圖1-27（e）表示恒功率調(diào)速與平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載配合

這兩種情況下電動機都得不到充分利用。不過從圖中可以看出，采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速比采用恒功率調(diào)速與鼓風(fēng)機負(fù)載配合要好一些。

三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合2022/12/2763圖1-27（e）表示恒功率調(diào)速與平方2023/1/564對于風(fēng)機、泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選擇專用或普通功能型通用變頻器。對于恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機械應(yīng)選用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型通用變頻器，這種通用變頻器低速轉(zhuǎn)矩、靜態(tài)機械特性硬度大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機特性。為了實現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大通用變頻器容量的辦法。三、調(diào)速方式與負(fù)載特性的配合2022/12/2764對于風(fēng)機、泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負(fù)載2023/1/565本章小結(jié)熟悉和掌握異步電動機的各種人為機械特性及調(diào)壓調(diào)速電路。熟悉和掌握異步電動機變頻調(diào)速電壓與頻率的協(xié)調(diào)控制方式及其不同的穩(wěn)態(tài)性能。熟悉和掌握不同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合。返回目錄2022/12/2765本章小結(jié)熟悉和掌握異步電動機的各種2023/1/566異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一章主講教師：崔納新山東大學(xué)2022/12/271異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一2023/1/567本章提要1.1異步電動機運行原理1.2異步電動機的機械特性1.3變頻調(diào)速的基本控制方式1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合2022/12/272本章提要1.1異步電動機運行2023/1/568

目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，并已取得了顯著的社會效益。電力軋鋼造紙化工煤炭紡織船舶機床航天航空廣泛應(yīng)用：1.3變頻調(diào)速的基本控制方式2022/12/273目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)2023/1/569

1.3變頻調(diào)速的基本控制方式

由于在調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無論是高速還是低速時效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能實現(xiàn)高動態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣，是本課程的重點。2022/12/2741.3變頻調(diào)速的基本控制方式2023/1/5701.3變頻調(diào)速的基本控制方式異步電機的轉(zhuǎn)速n與定子供電頻率之間有以下關(guān)系：（1-29）

從上式可知，只要平滑地調(diào)節(jié)異步電機定子的供電頻率f1，同步轉(zhuǎn)速n0隨之改變，就可以平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，從而實現(xiàn)異步電機的無級調(diào)速，這就是變頻調(diào)速的基本原理。變頻調(diào)速光調(diào)頻行嗎？？2022/12/2751.3變頻調(diào)速的基本控制方式異步電機2023/1/571在進(jìn)行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：

----希望保持電機中每極磁通量m為額定值不變。

如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵芯，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性2022/12/276在進(jìn)行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因2023/1/572對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a償，m保持不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通m由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要費一些周折了。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性2022/12/277對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對2023/1/573（1-30）

式中

Es—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值（V）—定子頻率（Hz）；

f1—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

Ns—基波繞組系數(shù)；

kNs—每極氣隙磁通量(Wb)。m

定子每相電動勢由式（1-30）可知，只要控制好Es和f1，便可達(dá)到控制磁通m

的目的，對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。2022/12/278（1-30）式中Es—氣隙磁通在定2023/1/574常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。

二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式

由式（1-30）可知，要保持m

不變，當(dāng)頻率f1

從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Es

，使2022/12/279常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。2023/1/5751.保持的嚴(yán)格恒磁通控制

由式（1-30）可得

（1-31）

由式（1-31）可知，要保持磁通m不變，當(dāng)頻率f1從額定頻率向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低電動勢Es，即采用恒定的電動勢頻率比的控制方式。這時異步電動機的機械特性將會如何呢？2022/12/27101.保持的嚴(yán)格恒2023/1/5761.保持的嚴(yán)格恒磁通控制由圖1-14可知：

將上式代入式（1-17）電磁轉(zhuǎn)矩基本公式，可得

2022/12/27111.保持的嚴(yán)格恒磁2023/1/5771.保持的嚴(yán)格恒磁通控制上式對s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可得恒磁通控制轉(zhuǎn)矩最大時的轉(zhuǎn)差率為將sm代入式（1-33）得最大電磁轉(zhuǎn)矩

2022/12/27121.保持的嚴(yán)格恒磁2023/1/5781.保持的嚴(yán)格恒磁通控制可見，當(dāng)調(diào)速過程中Es/f1為恒值時Temax值是恒定不變的在低頻低速下也能保持這個最大電磁轉(zhuǎn)矩，因此稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。

2022/12/27131.保持的嚴(yán)格恒磁2023/1/579

2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)

然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓Us≈

Es，則得Es

Us，這就是保持的近似恒磁通控制也稱為恒壓頻比控制或U/f控制

是開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)常用的控制方式。

2022/12/27142.保持常值的近似恒磁通2023/1/5802.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)式（1-18）的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：

當(dāng)采用恒壓頻比控制方式時，式（1-18）可改寫為：

（1-18）（1-36）

2022/12/27152.保持常值的近似恒磁通控2023/1/5812.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)當(dāng)電動機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)差率s很小，可以忽略分母中含s項，則式中，

由上式可知，當(dāng)采用恒壓頻比控制時，對于同一電磁轉(zhuǎn)矩Te，sf1是基本不變的，即n基本不變，這說明恒壓頻比條件下改變頻率時，機械特性是平行下移的。

2022/12/27162.保持常值的近似恒磁通控2023/1/5822.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)由上節(jié)推導(dǎo)的最大轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

（1-38）

(1)

當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，f1在額定頻率fn附近變化，定、轉(zhuǎn)子的總漏抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于定子電阻Rs,2022/12/27172.保持常值的近似恒磁通控2023/1/5832.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)則最大轉(zhuǎn)矩上式表明，頻率較高時，恒壓頻比調(diào)速時異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩與頻率無關(guān)，基本上保持不變。

2022/12/27182.保持常值的近似恒磁通2023/1/5842.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，f1比f1n下降很多，此時定、轉(zhuǎn)子總漏抗隨之下降，定子電阻Rs不能忽略，對式（1-38）稍加整理可得可見在不變時，最大轉(zhuǎn)矩Temax是隨著定子供電頻率f1的下降而減小的。2022/12/27192.保持常值的近似恒磁通2023/1/585

在低頻時Us

和ES都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，需要人為地把電壓Us抬高一些，以便近似地補償定子壓降。

帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的b線，無補償?shù)目刂铺匦詣t為a線。2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)OUsf1圖1-16

恒壓頻比控制特性UsNf1Na

—無補償

b

—帶定子壓降補償

2022/12/2720在低頻2023/1/586低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大電磁轉(zhuǎn)矩有所增大，實質(zhì)上是對異步電機電磁轉(zhuǎn)矩的補償，可以增強電動機的帶負(fù)載能力。一般變頻器調(diào)壓調(diào)頻控制方式都有轉(zhuǎn)矩補償功能，其理論基礎(chǔ)就在于此。

2.保持常值的近似恒磁通控制

2022/12/2721低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大2023/1/587

機械特性曲線nON0n圖1-17恒壓頻比控制時變頻調(diào)速的機械特性補償定子壓降后的特性01n12w13w03n02n11wN1w131211N1wwww>>>eT

2022/12/2722機械特性曲線nON0n圖1-172023/1/5882.保持常值的近似恒磁通控制

恒壓頻比控制方式的優(yōu)點是變頻裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價低，運行可靠，調(diào)試方便。

但是，在這種控制方式下，異步電動機在低頻工作時，最大轉(zhuǎn)矩Temax將隨定子供電頻率f1的下降而減小，在頻率很低時，啟動轉(zhuǎn)矩也將減小，因此它比較適用于調(diào)速范圍不大或轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的負(fù)載，如風(fēng)機、水泵類負(fù)載，風(fēng)機泵類負(fù)載屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在低頻時要求的電磁轉(zhuǎn)矩小。

2022/12/27232.保持常值的近似恒磁通2023/1/5893.恒

Er/1

控制

如果把電壓－頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓再進(jìn)一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降也抵消掉，得到恒Er/1

控制，那么，機械特性會怎樣呢？由此可寫出Er2022/12/27243.恒Er/1控制2023/1/590代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得

現(xiàn)在，不必再作任何近似就可知道，這時的機械特性完全是一條直線。3.恒

Er/1

控制2022/12/2725代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得2023/1/5910s10Te

幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較不同電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式時的機械特性恒Er/1控制恒Eg/1控制恒Us/1控制ab

c2022/12/27260s10Te幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制2023/1/592

顯然，恒Er/1

控制的穩(wěn)態(tài)性能最好，可以獲得和直流電機一樣的線性機械特性。這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的性能?，F(xiàn)在的問題是，怎樣控制變頻裝置的電壓和頻率才能獲得恒定的Er/1

呢？3.恒

Er/1

控制2022/12/2727顯然，恒Er/1控制的2023/1/593

（1-30）可以看出，當(dāng)頻率恒定時，電動勢與磁通成正比。在式（1-30）中，氣隙磁通的感應(yīng)電動勢Es

對應(yīng)于氣隙磁通幅值m

，那么，轉(zhuǎn)子全磁通的感應(yīng)電動勢Er

就應(yīng)該對應(yīng)于轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm

：3.恒

Er/1

控制

由此可見，只要能夠按照轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm=恒值進(jìn)行控制，就可以獲得恒Er/1

了。這正是矢量控制系統(tǒng)所遵循的原則，第3.3節(jié)中將詳細(xì)討論。2022/12/27282023/1/5944．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較

綜上所述，在正弦波供電時，按不同規(guī)律實現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類型的機械特性。

1）恒壓頻比（Us/1=恒值）控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有些差強人意，須對定子壓降實行補償。2022/12/27294．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較2023/1/5952）恒Es/1控制是對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到m=恒值，從而改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。

4．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較2022/12/27302）恒Es/1控制是對恒壓頻比控制2023/1/596

3）恒Er/1

控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm

恒定進(jìn)行控制，即得

Er/1=恒值而且，在動態(tài)中也盡可能保持rm恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標(biāo)，當(dāng)然實現(xiàn)起來是比較復(fù)雜的。4．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較2022/12/27313）恒Er/1控制可以得2023/1/597三、基頻以上的變頻調(diào)速控制方式

但這時電機輸出的機械功率是否不變呢？

在基頻以上調(diào)速時，頻率應(yīng)該從f1N

向上升高，但定子電壓Us

卻不可能超過額定電壓UsN

，最多只能保持Us=UsN

，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機弱磁升速的情況。2022/12/2732三、基頻以上的變頻調(diào)速控制方式但2023/1/598（一）近似恒功率調(diào)速方式事實上，電壓不變，升高頻率的調(diào)速方式是近似恒功率調(diào)速方式。

由于定子端電壓Us=Usn保持不變，式（1-22）的最大轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可改寫為

由上式可知，在電壓不變的前提下，隨著角頻率1的升高，最大轉(zhuǎn)矩Temax隨之下降。

2022/12/2733（一）近似恒功率調(diào)速方式事實上，電壓2023/1/599

機械特性曲線

當(dāng)角頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機械特性上移，而形狀基本不變，如圖所示。圖3-18基頻以上恒壓變頻調(diào)速的機械特性恒功率調(diào)速O<<<b1wc1wa1wN1wnc0nb0na0nN0nc1wb1wa1wN1weT2022/12/2734機械特性曲線當(dāng)角頻率提2023/1/5100（二）嚴(yán)格恒功率控制方式

電動機輸出的機械功率為：

要實現(xiàn)嚴(yán)格的恒功率控制，必須使基頻以上不同頻率對應(yīng)機械功率相等，即

2022/12/2735（二）嚴(yán)格恒功率控制方式電動機輸出2023/1/5101（二）嚴(yán)格恒功率控制方式可推導(dǎo)得到即

（1-54）

通過上述分析，可得出如下結(jié)論：（1）為了獲得嚴(yán)格的恒功率調(diào)速，在頻率由基頻上調(diào)時，應(yīng)使電壓與頻率的1/2次方成正比變化，即。2022/12/2736（二）嚴(yán)格恒功率控制方式可推導(dǎo)得到即2023/1/5102（二）嚴(yán)格恒功率控制方式（2）基頻上調(diào)、電壓不變的控制方式，不能實現(xiàn)嚴(yán)格的恒功率調(diào)速。（3）把基頻下調(diào)和基頻上調(diào)兩種情況結(jié)合起來，可得異步電動機變頻調(diào)速的控制特性如圖1-19所示。在基頻fn以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)，磁通和轉(zhuǎn)矩恒定，功率與頻率（轉(zhuǎn)速）成正比；在基頻以上為恒功率調(diào)速區(qū)，功率恒定，磁通和轉(zhuǎn)矩與頻率（轉(zhuǎn)速）成反比。

2022/12/2737（二）嚴(yán)格恒功率控制方式（2）基頻上2023/1/5103

變壓變頻控制特性f1N圖1-19異步電機變壓變頻調(diào)速的控制特性

恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNΦmNΦm恒功率調(diào)速ΦmUsf10由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁通勢必減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的減小，但轉(zhuǎn)速升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。2022/12/2738變壓變頻控制特性f1N圖1-192023/1/5104小結(jié)電壓Us與頻率1是變頻器—異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的兩個獨立的控制變量，在變頻調(diào)速時需要對這兩個控制變量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。在基頻以下，有三種協(xié)調(diào)控制方式。采用不同的協(xié)調(diào)控制方式，得到的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不同，其中恒Er

/1控制的性能最好。在基頻以上，采用保持電壓不變的近似恒功率弱磁調(diào)速方法。返回目錄2022/12/2739小結(jié)電壓Us與頻率1是變頻器2023/1/5105

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性是指生產(chǎn)機械負(fù)載的靜態(tài)阻轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

比較典型的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性通常可以大致分為三種：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載

一、負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性2022/12/27401.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式2023/1/5106

（一）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

式中，PL是負(fù)載功率（kW）。

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩在任何轉(zhuǎn)速下都保持恒定或基本恒定

，其基本特點是

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合2022/12/2741（一）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載式中，P2023/1/5107

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點：1.轉(zhuǎn)矩特點：在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩基本恒定，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速無關(guān)；2.功率特點：負(fù)載功率與速度成正比。

這類負(fù)載有傳送帶、攪拌機、擠壓機等摩擦類負(fù)載和起重機、提升機等重力負(fù)載。

另外，空氣壓縮機、羅茨鼓風(fēng)機、球磨機、注塑機、往復(fù)式注塞泵等也屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合2022/12/2742恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特點：這類負(fù)載有傳2023/1/51081.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合

以傳送帶為例，其靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小決定于

（1-56）

上式中，F(xiàn)是滾輪與皮帶之間的摩擦力；r是滾輪的半徑，兩者都與轉(zhuǎn)速無關(guān)，所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程中，轉(zhuǎn)矩TL保持不變。2022/12/27431.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式2023/1/5109變頻器驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負(fù)載時，低速區(qū)的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且要有足夠的轉(zhuǎn)矩過載能力。

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合

對于U/f控制方式的通用變頻器而言，應(yīng)有低速下的轉(zhuǎn)矩提升功能，并仔細(xì)調(diào)整U/f特性，使電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩既能滿足起動和低速穩(wěn)定運行的需要，又不會出現(xiàn)過勵磁現(xiàn)象。

2022/12/2744變頻器驅(qū)動恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)負(fù)載時，低速區(qū)的2023/1/5110恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高，負(fù)載所需的功率越高，電動機的功率應(yīng)滿足最高轉(zhuǎn)速下的負(fù)載功率的要求。1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合

如果需要在低速下穩(wěn)速運行，應(yīng)該考慮

到由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動機定子電流亦基本不變，而通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動機的散熱能力卻變壞的特點，采取相應(yīng)的措施。

2022/12/2745恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越2023/1/5111調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成開環(huán)人為調(diào)節(jié)工作頻率閉環(huán)自動調(diào)節(jié)工作頻率

2022/12/2746調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成開環(huán)人為調(diào)節(jié)工作頻率閉環(huán)2023/1/5112（二）恒功率負(fù)載

1.4負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性及其與調(diào)速方式的配合恒功率負(fù)載的特點：（1）負(fù)載功率基本保持不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)

（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大致成反比2022/12/2747（二）恒功率負(fù)載1.4負(fù)載轉(zhuǎn)2023/1/5113（二）恒功率負(fù)載

這類負(fù)載有軋鋼機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等。

各種機床主軸也屬于恒功率負(fù)載，這些機床的特點是粗加工時進(jìn)刀量大，轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速低，精加工時進(jìn)刀量小，轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)速高。

2022/12/2748（二）恒功率負(fù)載

2023/1/5114上式中，F(xiàn)是被卷物的張力，r是被卷物的半徑。

在卷繞過程中，要求線速度v和張力F保持恒定，因此，拖動系統(tǒng)的功率保持不變：

（二）恒功率負(fù)載

以薄膜卷取機為例，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小決定于

（1-59）

若要保證線速度v和張力F恒定，轉(zhuǎn)速需與轉(zhuǎn)矩大小成反比變化。2022/12/2749上式中，F(xiàn)是被卷物的張力，r是被卷物2023/1/5115（二）恒功率負(fù)載變頻器供電異步電動機在驅(qū)動恒功率負(fù)載時，通?？紤]在某轉(zhuǎn)速以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而在高于該轉(zhuǎn)速時才采用恒功率調(diào)速方式。

當(dāng)速度很低時，受設(shè)備機械強度的限制，TL不可能無限增大，因此負(fù)載的恒功率性質(zhì)一般是在較高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，低速下則轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。

2022/12/2750（二）恒功率負(fù)載變頻器供電異步電動機2023/1/5116（二）恒功率負(fù)載應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的特性和工藝要求仔細(xì)選擇傳動方案的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)變頻器應(yīng)控制電動機運行于恒磁通調(diào)速條件下，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變；在恒功率區(qū)變頻器應(yīng)控制電動機進(jìn)行弱磁升速，保持輸出功率基本不變。

2022/12/2751（二）恒功率負(fù)載應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的特性2023/1/5117（三）平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載在各種風(fēng)機、水泵、油泵中，隨著葉輪的轉(zhuǎn)動，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比。即

隨著轉(zhuǎn)速的降低，平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載所需的轉(zhuǎn)矩以平方