变频器负载转矩的特性

    负载被转动时要求电动机产生转矩，其大小随负载各种条件而变化。但如果负载侧其他条件不变，或者负载侧处于有效地进行正规控制的状态下，表示各种转速下转矩大小的转矩一速度曲线，根据其形状大体可分为三类，如图8-2所示。

    图8-2    典型的负载转矩特性

   1-恒转矩负载；2-二次方减转矩负载；3-恒功率（转矩与转速成反比）

   a)恒转矩负载，如挤压机、传送带等；

   b)二次方减转矩负载，如泵、风机等；

   c)恒功率（反比例转转）负载，如卷取机、机床主轴等。

    电动机的功率与负载转矩和转速的积成比例为

式中  P-功率(kW)；

    τ-转矩(N·m)：

    ω-角速度( rad/s)；

   T-转矩(kgf·m)；

   n-转速( r/min)。

    转矩T与转速n的三种特性关系如图8-3所示。

    图8-3    负载转矩特性

   a)恒转矩负载b）恒功率负载c）二次方减转矩负载

   1)恒转矩负载负载具有恒转矩特性。例如，起重机械之类的位能性负载需要电动机提供与速度基本无关的恒定转矩一转速特性，即在不同转速时负载转矩不变。当然负载的转矩一转速特性随负载自身的变化而变化。例如，若改变升降机提升货物的重量，则对应不同负载重量有不同的转矩特性。对于恒转矩负载进行调速时，即使电动机的转速下降或上升，电动机输出恒定转矩。像这种转矩不随转速变化的调速方式称之为恒转矩调速。电动机在速度变化的动态过程中，具有输出恒定转矩能力。在电动机加速或减速过程中，为了缩短过渡过程的时间，在电动机机械强度和电动机温升等条件容许的范围内，使电动机足够大的加速或制动转矩使电动机保持输出恒定的最大转矩。

   U/f比一定控制只能在一定调速范围内近似维持磁通为恒定，在相同的转矩相位角的条件下，如果能够控制电动机的电流为恒定，即可控制电动机的转矩为恒定。

    严格地说，只有E/f控制比为恒定，才能控制电动机的转矩为恒定。

    传动标准电动机时，由于电动机低速时的温升对转矩有限制。如在低速区需要恒转矩，如输送带、起重机、台车、机床进给、挤压机，可以采用矢量控制方式达到在全速范围内额定转矩控制。

   2)恒功率负载  与恒转矩调速相类似，恒功率调速亦包含两种含义：

   a)负载具有恒功率的转矩一转速特性，恒功率的转矩一转速特性指的是负载在速度变化时，需要电动机提供的功率为恒定，下述类型的负载具有此特性。

    ①以同一台轧机，在轧制小件时用高速轧制，轧制大件时用低速。因低速时轧制量大，故需较大转矩；

    ②当车床以同一圆周速度加工不同直径的工件时，假定车刀的切削力相等，则工件直径小的转速高、转矩小，直径大的时候转速低、转矩大；

    ③当卷绕机用同样的张力卷绕以同一速度出来的板材或线材时，因开始卷绕的卷筒直径小，因此用较小的转矩即可，但转速较高。随着不断地卷绕，卷筒直径变粗，转矩随之变大，转速相应变低。

    ④运输机械在运输重物进速度慢，轻载时速度快。无论是高速还是低速，所需动力不变。

    对上述负载进行调速时，随着速度的变化，电动机应能满足负载的转矩要求。

   b)电动机具有输出恒功率能力，当电动机的电压随着频率的增加而升高时，若电动机的电压已经达到额定电压，继续增加电压有可能破坏电动机的绝缘。为此，在电动机达到额定电压以后，即使频率增加仍维持电动机电压不变。这样电动机所能输出的功率，由电动机的额定电压和额定电流的乘积所决定，不随频率的变化而变化，即具有恒功率特性。

    使用恒转矩调速的电动机驱动变换转矩负载，例如风机、水泵时，速度变化到低速时电动机所能输出的转矩仍有剩余，因此恒转矩调速电动机可以满足调速要求。但是恒转矩调速的驱动恒功率负载时，低速转矩可能不能满足负载要求。

    异步电动机变压变频调速时，通常在基频以下采用恒转矩调速，基频以上时采用恒功率调速。

   3)二次方减转矩负载  以风机、泵类为代表的二次方减转矩负载，如图8-4所示在低速下负载转矩非常小，用变频器运转在温度、转矩方面都不存在问题，只考虑在额定点变频器运转引起的损耗增大即可。一般厂家都生产有节能型变频器，即经济又达到节能要求，比调节挡板、阀门可节能40%～50%。

    还有，不进行U/f一定控制，而采用下图虚线所示的模式下降频率，则电动机效率提高，可以得到更大的节能效果。

    图8-4    图通用变频器的U/f模式

    传动二次方减转矩负载应注意的问题是，速度提高到工频以上，所需功率急剧增加，有时超过电动机、变频器的容量，导致不能运转或过热，所以不要轻易提高频率。

    通常，传动系统的额定点选为图8-2中的A点，但对于恒功率负载多选为日点。此外这些曲线多数只表示正常状态下的特性，但根据负载的种类，有时加减速时的曲线与此不同，所以要注意。

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