1 引言
随着变频技术不断发展和成熟。一种由变频驱动器、变频调速电动机以及速度控制元器件等组成的各种交流调速控制系统，得到广泛应用。它具有效率高、调速范围宽、精度高、调速平稳等优点。是异步电动机比较理想的调速方法。
2 变频调速对电机的影响
变频调速，是通过改变电动机定子绕组供电频率来改变电动机同步转速。由于异步电动机的同步转速n0与电源频率f1成比例变化，所以改变f1就改变n0，从而实现异步电动机的调速。异步电动机的转速为
异步电动机定子电路的电压平衡方程式为
在忽略定子阻抗压降的情况下，则有
式中:u1—定子绕组相电压;e1—定子绕组感应电势;f1—定子绕组电源频率;p—极对数;n0—同步转速;φm—每极对气隙磁通;i1z1—定子阻抗压降。
从式(1)和式(2)中可见，当电源频率发生变化时不仅影响电动机的运行速度，而且还会影响电动机内部磁通量和各部分磁路磁通密度的变化。从而必然引起电动机其他性能参数的变化。
当频率f1下降低于额定频率时，由于切割定子绕组的旋转磁场速度n0下降，定子绕组内的感应电动势e1随之下降。此时，如果电源电压u1保持不变，为了平衡u1与e1之间的差值。迫使增大励磁电流im，必需建立更大的气隙磁通量φm。以确保在同步速n0较低的情况下，感应足够的电动势e1与外加的电源电压u1平衡。
但是，一般情况下电动机在额定频率工作时，磁路已接近饱和状态。为了保持电动机内部磁通密度不变，只能控制外加电压u1，随频率成比例下降。
当频率f1提升超过额定频率时，定子绕组内的感应电动势e1呈上升趋势。气隙磁通量φm将下降而小于额定值。那么，在额定的定子电流下，电动机的输出转矩下降，电动机得不到充分利用。总之，变频调速是通过改变电源频率，实现调速，但同时必然引起气隙磁通量φm的变化，从而影响电动机的运行性能。如果变频调速时，随着电源频率改变的同时改变电源电压，以保持气隙磁通量φm不变，那么电动机将获得良好的运行性能。
3 负载特性
其实变频调速电动机选型或设计参数的设定与被驱动的负载特性有密切关系。必需在充分了解负载特性的基础上，方可达到最佳匹配。如调速范围内，各频率段的转速、转矩或功率。以下为某数控车床配套而设计的变频调速电动机。某数控车床要求:
32hz时:功率为3kw，945r/min;65hz时:功率为6kw，1900r/min;87hz时:功率为6.25kw，2580r/min;205hz时:功率为7.5kw，6070r/min;
按照上述工况，cmp132s-4变频调速电动机设计参数确定，基本额定频率设定为65hz，额定电压设定为310v，y接。就是说:65hz以下为恒转矩调速;65hz至87hz提升电动机的输入电压到415v，电动机输出功率可提升到8kw，保持该段频率仍为恒转矩调速。87hz至205hz保持8kw恒功率调速。
4 恒转矩调速特性的控制
恒转矩调速，就是说:在改变频率f1的调速过程中保持电动机的输出转矩不变。由电机原理可知，三相异步电动机的最大电磁转矩的表达式为
t1，t1max，tf，tfmax分别代表额定频率和某一频率时的额定转矩和最大转矩。u1，f1，uf，ff分别代表额定和某一频率时的电压和频率。
对某一台电动机来说，c是常数，可见u1/f1比值代表每极气隙磁通量。只要保持u1/f1比值恒定，气隙磁通就能基本保持不变。保持电动机过载能力不变。
恒转矩调速时:保持tf=t1，恒转矩。uf应随ff变化，只要保持(uf/ff)=(u1/f1)比值恒定，气隙磁通量基本保持不变。调速过程中电动机的过载能力就能保持不变，达到恒转矩调速目的。但是在低频调速时，u1，e1都较小，定子绕组的感抗也变得很小，此时电动机内部电阻引起电压降已不容忽略，电动机的转矩将因此略有下降。
为了获得恒定的转矩必须通过检测定子负载电流，提高定子电压，进行电压补偿，以便维持转矩恒定不变或有所提升。
按cmp132s-4为例:33hz时，如果电压补偿15%，过载能力提高15%，起动转矩提高35%;电压补偿20%，过载能力提高28%，起动转矩提高55%。
5 恒功率调速特性的控制
恒功率调速，就是说:在改变频率f1的调速过程中保持电动机的输出功率不变。
恒功率调速时:如能保持u1/√f1=常数，则可保持调速过程中电动机的过载能力不变。如果频率升高，超过额定频率，仍需维持恒转矩，tf=t1。uf应随ff变化，如能保持(uf/ff)=(u1/f1)比值恒定，气隙磁通量基本保持不变。调速过程中电动机的过载能力就能保持不变，仍可保持恒转矩调速。
但是由于电源电压值是由电压制规定的，通过变频器调压受到电源电压的限制，最高不能超过电源电压。
按cmp132s-4为例:由于87hz、205hz时，要求负载功率有所提升。当频率从65hz提升到87hz时，把变频器输出电压提高到415v，这样，频率提升了33.8%，电压提高了33.9%，输出功率可达到8kw，功率提升33.3%，保持电动机内部磁通密度基本不变，电动机的运行特性及过载能力均保持不变。包括负载电流、空载电流、发热量等基本保持不变。该段频率仍为恒转矩调速。
当频率从87hz 提升到205hz时，保持恒功率调速，功率为8kw。保证在调速范围内各频率段的输出功率均达到负载的要求。见图1。
图 1 变频调速的负载特性曲线
6 小结
变频电机最佳设计方案，应与负载的工作特性相匹配，合理确定基准频率和基准电压。合理调整变频器的设置。可充分保证各频率段的工作特性。下表为cmp132s-4变频电动机设计参数。
参考文献[1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统[m]. 北京:机械工业出版社，1992.
作者简介王国芳 男 高级工程师 上海精元先马电机有限公司副总工程师。
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