何为变频调速系统的基频以下调速？

    答：为了充分利用电动机的铁芯材料，希望保持电动机每极磁通量为额定值不变。如果磁通太弱，铁芯没有得到充分利用，会造成浪费。磁通过大又会使铁芯饱和，励磁电流剧增，绕组过分发热，功率因数降低，甚至损坏电动机。因此，在电动机调频运行时希望能保持磁通恒定，即实现恒磁通变频调速，这样调速时才能保持电动机的最大转矩不变。对于他励式直流电动机，因其励磁系统是独立的，只要对电枢反应补偿得合适，保持磁通Φm不变很容易做到。对于三相异步电动机，定子每相电动势的有效值为：    Eg=4.44F1N1N1Φm    (3-1)其中，N1为定子每相绕组串联匝数；KN1为基波绕组系数；Φm为每极气隙磁通，Wb；Eg为气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势的有效值，V; F1为定子电源频率，Hz。    由此可得：        (3-2)    式(3-2)表明，为了保持磁通Φm不变，在改变电源频率f1的同时，必须按比例改变感应电动势Eg，才能有效地利用铁芯。在一定调速范围内维持磁通恒定，在相同的转矩相位角的条件下，如果能够控制电动机的电流为恒定，即可控制电动机的转矩为恒定，称为恒转矩控制，即电动机在速度变化的动态过程中，具有输出恒定转矩的能力。由于恒定U1/f1控制能在一定调速范围内近似维持磁通恒定，因此恒定U1/f1控制属于恒转矩控制。要保持磁通Φm不变，当频率f1变化时，必须同时改变电动势Eg的大小，使Eg/f1为常值，即采用恒定电动势与频率比的控制方式（恒定Eg/f1控制）。电动机定子的电压为：    U1=Eg+（r1+jx1）I1    (3-3)其中，U1为定子电压；r1为定子电阻；x1为定子漏磁电抗；I1为定子电流。    如果在电压、频率协调控制中，适当地提高电压U1，使其在克服定子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，则无论频率高低，每极磁通Φm均为常值，即可实现恒定Eg/f1控制。    由于电动机的感应电势检测和控制比较困难，恒定Eg/f1控制的稳态性能优于恒定U1/f1控制，恒定Eg/f1控制是在恒定U1／f1控制中采取补偿电动机定子压降后所追求的目标。在电动机正常运行时，由于电动机定子电阻r1和定子漏磁电抗X1的压降较小，可以忽略，因此电动机定子电压U1与定子感应电动势Eg近似相等，即U1≈Eg。此时，U1/f1近似为常值，因此可以通过控制U1/f1恒定，保持气隙磁通基本恒定。恒定U1/f1控制是异步电动机变频调速的最基本控制方式，它在控制电动机的电源频率变化的同时控制变频器的输出电压，并使二者之比U1/f1为恒定值，从而使电动机的磁通基本保持恒定。    恒定U1/f1控制的出发点是电动机的稳态数学模型，其控制效果只有在稳态时才符合要求。在过渡过程中，电动机所产生的转矩需要按照电动机的动态数学模型进行分析计算。因此，恒定U1/f1控制的变频调速系统难以满足动态性能的要求。在启动时，为了使系统能满足稳态运行的条件，频率的变化应尽可能缓慢，以避免电动机出现失速现象，即电动机转子的转速与旋转磁场的转速相差很大。由于滑差增大，造成电动机中流过很大的电流，电动机输出的转矩将减小。    恒定U1/f1控制最容易实现，U1/f1控制的变频调速系统的机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，突出的优点是可以进行电动机的开环速度控制。    恒定U1/f1控制存在的主要问题是低速性能较差，这是由于低速时异步电动机定子电阻压降所占比重增大，已不能忽略，电动机的电压和定子感应电动势近似相等的条件已不满足，仍按U1/f1恒定控制已不能保持电动机磁通恒定。电动机磁通的减小，使电动机电磁转矩减小。因此，在低频运行时，要适当地加大U1/f1的值，以补偿定子电阻的压降。    若采用开环控制，则除了电动机定子漏阻抗的影响外，变频器桥臂上下开关元件的互锁时间也是影响电动机低速性能的重要原因。对于电压型变频器，考虑到半导体器件的导通和关断均需要一定时间，为防止上下元件在导通、关断切换时出现直通，造成短路而损坏，可在控制导通时设置一段开关导通延迟时间。在开关导通延迟时间内，桥臂上下半导体器件均处于关断状态，因此又将开关导通延迟时间称为互锁时间。互锁时间的长短与半导体器件的类型有关。由于互锁时间的存在，变频器在低频时，输出的电压比较低，PWM逆变脉冲的占空比比较小，此时互锁时间的影响就比较大，从而导致电动机的低速性能降低。此外，互锁时间造成的压降还会引起转矩脉动，在一定条件下将会引起转速、电流的振荡，严重时变频调速系统将不能正常运行。    如果把电压、频率协调控制中的电压U1再提高一些，把转子漏抗上的压降抵消掉，便得到恒定Er/f1控制，其机械特性是一条直线。显然，恒定Er/f1控制的稳态性能最好，可以获得和直流电动机一样的线性机械特性，这正是高性能交流变频调速所追求的性能。当频率恒定时，电动势与磁通成正比。气隙磁通Eg的感应电动势对应于气隙磁通Φm，那么，转子磁通的感应电动势Er就应该对应于转子磁通Φr：    Er=4.44F1N1KN1Φr    (3-4)    由此可见，只要能够按照转子磁通Φr等于恒值进行控制，即可获得恒定Er/f1控制，这正是矢量控制系统所遵循的原则。在变频器输出频率低于供电的额定电源频率时变频调速系统属于恒转矩调速，但是在频率较低时，定子漏阻抗压降已不能忽略，因此采用人为地提高定子电压，以补偿因漏抗造成的压降，以维持Eg/f1≈常数，此时变频器输出U1/f1关系如图3-10所示，变频器输出E1/f1关系为曲线2，频器输出U1/f1关系为曲线1。    多数变频器在输出频率低于电动机额定频率时，输出的电压U1和频率f1类似图3-10中的曲线1，并且随着设置不同补偿电压而改变曲线的形状，使用时可根据实际电动机运行情况进行调整。
    图3-10    U/f关系曲线