变频器驱动恒功率负载时注意要点

    卷扬机、机床主轴等恒功率负载，其特性如图7-33所示。pu为标幺值，采用U/f控制变频器驱动，通常在基频50Hz以下恒转矩调速，而在基频以上属弱磁调速，即恒功率调速。如果驱动系统的恒转矩和恒功率调速范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致，即所谓的“匹配”，则不仅运行良好，而且所需要驱动系统的容量最小。但是如果负载要求的恒功率范围很宽，要维持低速下的恒功率关系，对变频器调速而言，驱动系统的容量不得不加大，装置的成本必然提高。如图7-34所示，驱动恒功率负载时，一般将转速0～1.0 (pu)之间作为恒转矩区域，1.0 (pu)的转速称为基频转速。以基频转速的m(m>1)倍转速进行恒功率运转，称为1：m的恒功率运转。图7-34 (a)所示为1：2恒功率控制时的特性。例如采用矢量控制时，当转差频率fs一定会，在恒功率区域，对电机电压（变频器输出电压）与转速（变频器输出频率）的比以√m的比例进行控制，可推算出转矩与  （E1/f1）²成正比，因此在转速2.0(pu)点上，转矩有如下关系：    (7-4)即转矩为基频转速时的1/2。
    图7-33    恒功率负载特性
    图7-34    恒功率负载的传动方式（恒功率范围为1：2）    在图7-34 (a)中，忽略了定子漏阻抗压降的影响，认为电机端电压近似等于感应电动势，即U1=E1，并且略去低速所需的电压补偿。变频器输出电压的最大值，可以近似地认为与变频器网侧的电源电压相同。最高速度n(pu)=2.0应与变频器的最高输出电压对应。例如变频器电源电压为380V，转速为2.0(pu)时，电机电压为380V。而在基频转速，即n=1.0(pu)时，电机电压为上述电压的1/√2倍，约为268V。    如上述情况选定变频器，那么与之相匹配的电机的输出能力的界限则如图7-34 (b)所示。若变频器在达到电源电压之前始终保持E1/f1恒定，即实行恒转矩控制，则电机的输出转矩、功率的范围扩大。允许将恒转矩控制的范围延伸到n(pu)=1.4处，相应的电机的输出功率也为负载所需功率的1.4倍，即√m倍。在这种情况下，电机的功率有下述关系。    PM=PL×√m    (7.5)式中PM-电机额定功率(kW)；    PL-负载功率(kW)；    m-恒功率调速范围的转速比。    图7-34 (c)所示是以基频转速点为变频器最大输出电压，恒功率区域电压固定的输出特性，由于最高转速n=2 (pu)时的E1/f1值是基频转速以下E1/f1恒值时的1/2，转矩是恒转矩时的1/4，功率是恒功率时的1/2。以上是保持转矩差频率fs为一定的情况，实际U/f控制的变频器会使fs增大，输出的是如图7-34 (d)所示的恒功率特性。    对于一般的普通异步电机来说，由于结构的限制，只能实现1：2，最大1：3的恒功率运转。为了使机床主轴驱动拥有更广泛的恒功率运转范围，有的厂家设计了可进行绕组切换的电机，以达到降低基频转速的目的。当采用矢量控制的变频器对其进行驱动时，恒功率范围可达到1：12以上。