根据负载机械特性选用变频器的技术方法

    变频器的选用应根据被控对象的类型、工艺和生产提出的调速范围、稳态精度、响应速度、启动转矩等自动控制的要求来选择，在满足工艺和生产要求的条件下，综合考虑变频器的性价比，选择不同类型的变频器，另外，根据负载功率，机械特性要求选择变频器的容量、外围设备及控制方式。    因电力拖动系统的稳态工作情况取决于电动机和负载的机械特性，不同负载的机械特性和性能要求是不同的，故在选择变频器时，首先要了解负载的机械特性。    变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型，即恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵平方转矩负载。    (1)恒转矩负载    负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。例如带式传送机、桥式起重机、搅拌机、挤压机、工厂运输电车等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。其特殊之处在于正、反转时有着相同方向的转矩。    ①转矩特点：在不同转速下，负载的转矩基本恒定，TL一常数，即负载转矩TL的大小与转速n大小无关，其机械特性如图5-1(b)所示。    ②功率特点：负载的功率PL (kW)、转矩TL(N·m)与转速咒之间的关系是    PL=TLn/9550    即负载功率PL与转速n成正比，其功率特性如图5-1(c)所示。    以带式输送机为例，当传送带运动时，其运动方向与负载阻力方向相反。负载阻转矩的大小为    TL=Fr    式中，F为皮带与滚筒间的摩擦阻力；r为滚筒的半径。    由于F和r的大小都和转速的快慢无关，所以在调节转速n的过程中，负载的转矩TL保持不变，即具有恒转矩的特点。    必须指出：这里所说的转矩是否变化，是相对于转速变化而言的不能和负载轻重变化时转矩大小的变化相混淆。也就是说，“恒转矩”负载的特点是负载转矩的大小仅取决于负载的轻重，和转速大小无关。如带式输送机，当传输带上的物品较多时，不论转速有多大，负载转矩都较大；而当传输带上的物品较少时，也不论转速有多大，负载转矩都较小。
    图5-1    恒转矩负载机械与功率特性    在负载转矩TL不变的情况下，负载功率PL与转速成正比。    变频器拖动恒转矩性质的负载时，低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳定运行，应该考虑标准异步电动机的散热能力，避免电动机的温升过高。如选用普通功能型变频器，要实现恒转矩调速，常采用增大电动机和变频器容量的方法提高低速转矩。如选用具有转矩控制功能的高性能变频器来实现转矩调速，则可实现更高要求，因为这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。    (2)恒功率负载    当负载功率恒定，与转速无关，或负载功率为某一定值时，负载转矩TL与转速n成反比的负载特性称为恒功率负载。机床主轴和轧机、鼓风机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩大体与转速成反比，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，受机械强度的限制，转矩不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区域和恒转矩区域对传动方案的选择有很大的影响。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。当电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即在所谓“匹配”条件下，电动机的容量和变频器的容量均最小。    ①功率特点：在不同转速下，负载的功率基本恒定，PL=常数，即负载功率的大小与转速大小无关，其功率特性如图5-2(c)所示。    ②转矩特点：TL=9550TL/n即负载转矩TL与转速n成正比，如图5-2 (b)所示。    以造纸机卷纸过程为例，随着纸卷的卷径不断增大，卷曲的转速应不断减小，以保持卷纸的线速度恒定，从而保证张力的恒定。
    图5-2    恒功率负载转矩与功率特性    负载转矩    TL=FT    式中，F为卷纸的张力，N·m；r为纸卷的半径，m，随着卷曲进行不断增大。    所以，在不同的转速下，负载的功率基本恒定    PL=Fv    即负载功率的大小与转速的高低无关，v为被卷薄膜的线速度，m/min。    (3)平方转矩负载（离心式风机、泵类负载）    对各种风机、水泵、油泵负载，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度n的平方成正比。这种负载所需的功率与速度的立方成正比。当所需风量、流量减小时，利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量，可以明显节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快，与速度的立方成正比，因此通常不允许风机、泵类等负载超工频运行。    ①转矩特点：负载转矩TL与转速n，的平方成正比，TL=KTn²，KT为负载转矩常数，其机械特性如图5-3(b)所示。    ②功率特点：负载功率PL与转速n的立方成正比，PL=KPn³，KP为负载功率常数，其功率特性如图5-3(c)所示。    以造纸机卷纸过程为例
    图5-3    平方转矩负载的机械与功率特性