二次方律负载的变频调速

    二次方律负载的典型实例是离心式风机和水泵，如图2-17 (a)所示。这类负载大多用于控制流体（气体或液体）的流量。由于流体本身无一定形状，且在一定程度上具有可压缩性（尤其是气体），故较难以详细分析其阻转矩的形成。    (1)转矩特点    负载的阻转矩TL与转速n的二次方成正比：TL=KTn²。    式中 KT-二次方律负载的转矩常数。    其机械特性如图2-17 (b)所示。    (2)功率特点    负载的功率PL与转速n的三次方成正比：    PL=TL×2πn／60=KTn²n×2π/60= KPn³    式中，KP为二次方律负载的功率常数。功率特性曲线如图2-17 (c)所示。
    图2-17    二次方律负载及其特性    风机类、泵类负载是工业现场应用最多的设备，变频器在这类负载上的应用最多。它是一种平方降转矩负载。一般情况下，具有U/f恒压频比控制模式的变频器基本都能满足这类负载的要求，下面根据这类变频器的主要特点介绍选型时需要注意的问题。    (1)避免过载    风机和水泵一般不容易过载，选择变频器的容量时保证其稍大于或等于电动机的容量即可。同时选择变频器的过载能力要求也较低，一般达到120%负荷不超过1min即可。但在变频器功能参数选择和预置时应注意，由于负载的阻转矩与转速的平方成正比，当工作频率高于电动机的额定频率时，负载的阻转矩会超过额定转矩，使电动机过载。所以，要严格控制最高工作频率不能超过电机额定频率。    (2)启／停时变频器加速时间与减速时间的匹配    由于风机和泵的负载转动惯量比较大，其启动和停止时与变频器的加速时间和减速时间匹配是一个非常重要的问题。在变频器选型和应用时，应根据负荷参数计算变频器的加速时间和减速时间来选择最短时间，以便在变频器启动时不发生过流跳闸和变频器减速时不发生过电压跳闸的情况。但有时在生产工艺中，对风机和泵的启动时间要求很严格，如果上述计算的时间不能满足需求时，应该对变频器进行重新选型。    (3)避免共振    由于变频器是通过改变电动机的电源频率来改变电机转速实现调节转速效果的，就有可能在某一电机转速下与负荷轴系的共振点、共振频率重合，造成负荷轴系不能容忍的振动，有时会造成设备停运或设备损坏，所以在变频器功能参数选择和预置时，应根据负荷轴系的共振频率，通过设定跳跃频率点和宽度，避免系统发生共振现象。    (4)憋压与水锤效应    泵类负载在实际运行过程中，容易发生憋压和水锤效应，所以变频器选型时，在功能设定时要针对这个问题进行单独设定。    ①憋压    泵类负载在低速运行时，由于关闭出口阀门使压力升高，从而造成泵汽蚀。在变频器功能设定时，通过限定变频器的最低频率来限定泵流量的临界点最低转速，可避免此类现象的发生。    ②水锤效应    泵类负载在突然断电时，由于泵管道中的液体重力而倒流。若逆止阀不严或没有逆止阀，将导致电机反转，因电机发电而使变频器发生故障或烧坏。在变频器系统设计时，应使变频器按减速曲线停止，在电机完全停止后再断开主电路，或者设定“断电减速停止”功能，可避免该现象的发生。    事实上，即使在空载的情况下，电动机的输出轴上也会有损耗转矩T0和损耗功率P0，如摩擦转矩及其功率等。因此，严格地讲，其转矩表达式应为：TL=T0+KTn²；功率表达式为：PL=P0+KPn³。