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变频器调速系统驱动恒功率负载的设计要点

来源：艾特贸易2018-05-11

简介卷扬机、机床主轴电梯、自动扶梯等均属于恒功率负载，其特性如图 3-2 所示。变频驱动系统在基频转速（ 50Hz 或 60Hz ）以上的范围内，可由变频器控制其输出电压为一定值，使电机产

卷扬机、机床主轴电梯、自动扶梯等均属于恒功率负载，其特性如图3-2所示。

变频驱动系统在基频转速（50Hz或60Hz）以上的范围内，可由变频器控制其输出电压为一定值，使电机产生的转矩性质为恒功率特性，所以，在基频转速以上，采用普通异步电动机和通用变频器，能满足像机床主轴那样高速时转矩变小的特性。而在基频转速以下的范围内，由于变频器采用U/f恒值控制，电机的输出功率与转速成正比，电机产生的转矩为（磁通×转子电流），所以，在驱动恒功率负载时，为了确保低速高转矩，需要加大磁通量和电机转子电流（当然也要加大电机的定子电流），这就必须大大增加电机和变频器的容量。

恒功率负载

图3-2 恒功率负载

❶表示相对值或标称公值

图3-3是变频器驱动负载时的特性曲线，图中，坐标是以相对值表示的，横坐标表示速度，纵坐标表示功率P、转矩T和电压U。

如图3-3所示，驱动恒功率负载时，一般将转速0～1.0(p．u．)之间作为恒转矩区域，转速超过1.0(p．u．)以上的范围作为恒功率区域。1.0(p．u．)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。

如图3-3为1：2的恒功率控制时的特点。例如采用矢量控制时，当转速频率fs为一定时，在恒功率区域，对电动机电压（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(B/f) ²成正比，因此在转速2.0(p．u．)点上，转矩有如下关系：

TM∝(E/f)²=(1/√m) ²=1/m=1/2

即，转矩为基频转速时的1/2。

普通电动机驱动1：2恒功率输出

图3-3 普通电动机驱动1：2恒功率输出

(a)负载要求的转矩特性；(b)驱动负载时电机的输出界限；

(c)以基频速度为标准（转差频率恒定时）；

(d)以基频速度为标准（增大转差频率时）

如图3-3(a)，若电动机定子绕组产生的电压降被忽略，可视为U≈E，而且，在恒转矩区域（低频时），为增强转矩而进行的电压补偿也被忽略不计。因此变频器能输出的最大电压与变频器电源电压几乎一样，最高转速[图中转速为2.0(p．u．)的点]的输出电压为最大输出电压。例如变频器电源电压为380V，转速为2.0(p．u．)时，电动机电压为380V，而在基频转速时的电压为电源电压的1/√2倍，约266V。

图3-3 (b)表示在上述条件下选择的变频器及电动机的输出，如图中虚线所示，保持E/f到变频器的电源电压为止为一定值。

图3-3 (c)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E/f值是基频转速下E/f恒值时的1/2，转矩是恒转矩时的1/4，若按P = TMn/975进行计算，功率是恒定功率时的1/2。以上是保持转差频率f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3-3(d)的恒功率特性。