变频调速时，电动机具有什么样的转矩特性？

  普通异步电动机和专用异步电动机转矩特性有什么区别？    由电动机理论可知，对异步电动机进行调速控制时，异步电动机的主磁通应保持额定值不变。若磁通太弱，铁芯利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，异步电动机的负载能力下降；而磁通太强，则处于过励磁状态，使励磁电流增大，这就限制了定子电流的负载分量，为使异步电动机不过热，负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通（主磁通）是定、转子合成磁动势产生的，下面说明怎样才能使气隙磁通保持恒定。由式E1=4. 44k1f1N1Φm可见，若异步电动机端电压V1不变，则随着电源频率f1的升高，气隙磁通Φ将减小，又由转矩公式T=CMΦI2cosφ2可以看出，磁通Φ的减小势必导致异步电动机允许输出转矩T下降，降低电动机的出力，同时，异步电动机的最大转矩也将降低，严重时会使电动机堵转。若维持端电压V1不变，而减小f1，则气隙磁通Φ将增加，这就会使磁路饱和．励磁电流上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。因此，在许多场合，要求在调频的同时改变定子电压V1，以维持Φ接近不变。可以分两种情况进行说明。    ①基频以下的恒磁通变频调速。当从基频（电动机额定频率）向下调速时，为了保持异步电动机的负载能力，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/f1=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难以直接检测和直接控制。当E1和f1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V1和频率f1的比值为常数，即认为E1≈V1，保持V1/f1=常数，这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制。当频率较低时，V1和E1都变小，定子漏阻抗压降（主要是定子电阻r1的电压降）不能再忽略。这种情况下，可以人为地适当提高定子电压，以补偿定子电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变，即通用变频器的低频补偿功能。在通用变频器中，厂商是以提供V1与f1之间的函数关系曲线来实现的，通常这些曲线有很多种，使用时可以根据负载性质和运行状况加以选择设定。有的通用变频器还可以自整定。    ②基频以上的弱磁变频调速。当从基频开始向上调速时，频率由额定值向上增大，电压V1由于受额定电压V1N的限制不能再升高，只能保持V1=V1N不变，这样必然会使主磁通随着f1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。    将上述两种情况综合起来，就是异步电动机变频调速时的基本控制方式。根据V1和f1的不同比例关系，将有不同的变频调速方式。保持V1/f1为常数的比例控制方式适用于调速范围不太大或转矩随转速下降而减少的负载，例如风机、水泵等；保持转矩T为常数的恒磁通控制方式适用于调速范围较大的恒转矩性质的负载，例如升降机械、搅拌机、传送带等；保持功率P为常数的恒功率控制方式适用于负载随转速的增高而变轻的地方，例如主轴传动、卷绕机等。    在采用通用变频器驱动的异步电动机调速控制系统中，异步电动机的输出转矩特性与电网供电时的异步电动机输出（转速一转矩曲线等）不同，决定于通用变频器的输出特性。其中，通用变频器输出的V/f值决定异步电动机连续额定输出，而通用变频器的最大输出电流将决定异步电动机瞬间的最大输出。图7-4给出了通用异步电动机在V/f控制方式通用变频器驱动下的输出特性，图中转矩以50Hz、4极电动机的额定转矩为100%。由于通用变频器的输出电压不会高于电网电源电压，当异步电动机在额定频率50Hz以上运转时，由于V/f比值减小，输出转矩会变小。从另一角度来说，由于异步电动机定子绕组上的感应电动势增大，作用在转子绕组上的感应电动势将减小，其转矩按转速的反比规律减小。    由图7-4可见，当通用变频器的输出频率在f1～50Hz之间变化时，普通电动机基本呈恒转矩特性，但由于转速的降低，将导致异步电动机冷却能力下降，致使温升增大，运行转矩也将下降。当通用变频器的输出频率在6 Hz~f3之间变化时，异步电动机冷却能力进一步下降，而且异步电动机定子绕组的阻抗压降的相对影响增大，使得运转转矩大幅度下降，运转频率越低，通用变频器输出电压越低，异步电动机内部压降的影响越大，运行转矩也将较大幅度下降。而当在低频下，如6Hz以下启动、运行时的转矩，是由通用变频器最大输出电流或瞬间过电流能力决定的。在V/f一定的控制方式下，将使得异步电动机的临界转矩减小，这就要求通用变频器具有的转矩提升功能起作用，新型通用变频器一般可在0. 5Hz时输出150%~200%的启动转矩。
    图7-4    通用变频器驱动下的普通异步电动机转矩特性    虽然通用变频器控制系统可选用通用异步电动机作为执行电动机，但通用异步电动机是针对在工频电源下能够获得最佳特性而设计的，当用通用变频器作为其电源拖动时，输出的频率变化范围较宽，在电流波形中含有较大的谐波，异步电动机与通用变频器中的逆变器特性不能很好地匹配，有时难以得到令人满意的特性。为了适应通用变频器驱动系统的需要，有时需要选用通用变频器专用异步电动机，由于变频器专用异步电动机在设计上考虑了低速运转时的散热问题和高速运转时的动态平衡和轴承的承受能力等问题，当使用标准异步电动机难以得到所需的性能时，可以考虑选用变频器专用异步电动机。但是，由于变频器专用异步电动机需要和指定的通用变频器系列进行配合才能得到理想特性，在选用时应该注意厂商的说明，或选用变频器电动机一体机．如西门子的CM（COMBIMASTER的简写）等。为了满足速度控制的需要，还可以根据需要在变频器专用异步电动机上安装作为速度传感器的编码器或光码盘，以达到利用通用变频器对速度进行闭环控制的目的。    图7-5是变频器专用异步电动机在基频50Hz时的V/f特性。从图中可以明显看出，变频器专用异步电动机具有更好的转矩特性。
    图7-5    变频器专用异步电动机转矩特性