通用变频器负载的机械特性

    机械特性是描述电动机转速n与转矩T之间的关系n=f（T）函数特性。电动机拖动生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小。不同生产机械的转矩随转速变化的规律不同。在变频调速系统中，有两种机械特性，即电动机的机械特性和机械设备（或负载设备）的机械特性。以异步电动机为例，电动机内产生转矩的根本原因就是电流和磁场间的相互作用，即电磁转矩。电磁转矩的大小与电流和磁通量的乘积成正比。    TM=RTI1ΦMcosθ2    (2-1)式中RT-转矩常数；    I1-定子电流；    ΦM-每极的磁通量；    θ2-转子电流的功率因数。    根据公式（2-1），可以做出如图2-1所示的机械特性曲线1。
    图2-1    电力拖动系统的机械特性    作为拖动机械设备的原动转矩，应该是电动机轴上的输出转矩，是由电磁转矩克服了电动机内部的摩擦损耗和通风损耗的结果。但由于摩擦损耗和通风损耗都很小，为了简化分析的过程，常粗略地把异步电动机机械特性中的转矩看做是电动机轴上的输出转矩。    负载的机械特性是描述机械设备的阻转矩和转速之间的关系曲线。如鼓风机的阻转矩TL与转速n的平方成正比。    TL=T0+KTn2    (2-2)式中 T0-转矩损耗，主要由传动机构及轴承等的摩擦损耗所致；    KT-常数。    由上式得到的负载特性如图2-1中所示的曲线2。通常，为了简化分析的过程，常粗略地将损耗转矩也计算在负载转矩中。    因此，机械特性中的电动机转矩TM可以看做是电动机输出轴的转矩，负载转矩TL可以看做是负载阻转矩和损耗转矩之和。    电力拖动系统的工作状态必须由电动机的机械特性和负载的机械特性共同决定，也就是当动转矩（即电动机的转矩）与阻转矩（即负载的转矩）刚刚平衡的时候，电动机就处于稳定运行状态。具体地说，图2-1中的曲线1和曲线2处于交点Q时，电动机和负载的转矩处于平衡状态，这时的稳定运行速度为nQ，拖动系统的功率PL，则由式(2-3)进行计算：    PL=TLω= TL×2πn/60    (2-3)式中 PL-功率，W;    TL-电动机轴上的电磁转矩，N·m；    ω-角速度，rad/s；    n-转速，r/min。    Q点称为电力拖动的工作点，也是变频调速系统的工作点。    正确把握变频器驱动的机械负载对象的机械特性（即转速一转矩特性）是选择电动机及变频器容量，决定其控制方式的基础。机械负载种类繁多，但转矩TL与转速n的关系大体有图2-2所示几种，据此生产机械特性大致可归纳为以下三种类型，即恒转矩负载、恒功率负载、二次方律转矩负载。    恒转矩负载（TL为定值），即使转速变化，转矩不变；    恒功率负载（TLn为定值），即转速越高，转矩越小；    二次方律负载（TL/n2为定值），即转矩基本上与转速的平方成正比。
    图2-2    负载转矩特性示意图