變頻器的主電路

異步電動(dòng)機(jī)的低頻帶載能力

過(guò)了幾天，廠里從外地新買了一臺(tái)變頻器，賣方的售后服務(wù)人員將變頻器接通電源，略調(diào)整了幾個(gè)數(shù)據(jù)，輸出側(cè)接上電動(dòng)機(jī)，在機(jī)器空轉(zhuǎn)的情況下，進(jìn)行了幾次起動(dòng)、停止和調(diào)節(jié)頻率的操作后，就回去了。但當(dāng)機(jī)器帶上負(fù)載后，電動(dòng)機(jī)竟轉(zhuǎn)不起來(lái)，時(shí)間稍長(zhǎng)，變頻器就因“過(guò)載”而跳閘了。小孫沒(méi)了主意，就打電話給張老師，要到老師家求教。 

“你這個(gè)問(wèn)題說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)了?！毙O一落座，張老師就拿出了一疊圖紙，但并沒(méi)有馬上打開。問(wèn)小孫說(shuō)：“還記得在變頻時(shí)，為了使電動(dòng)機(jī)的磁通保持不變，在變頻的同時(shí)還必須變壓的原理么？” 

“當(dāng)然記得。”小孫說(shuō)著，就在紙上邊寫邊說(shuō)： “保持磁通不變的條件是：

“好?！崩蠌埼⑿χc(diǎn)點(diǎn)頭，接著拿出了圖2－14，說(shuō)： “你方才寫的‘ku＝kf’，可以用u/f曲線來(lái)表示，如圖（a）中的曲線①所示。這根表示電壓與頻率成正比的u/f 線稱為基本u/f線。它表明了：變頻器輸出的最大電壓為380v，等于電源電壓。而與最大輸出電壓對(duì)應(yīng)的頻率，稱為基本頻率，用fba表示。

 在絕大多數(shù)情況下，基本頻率應(yīng)該等于電動(dòng)機(jī)的額定頻率，并且最好不要隨意改變。 需要特別注意的是，基本u/f線是滿足式（2－8）的曲線，它并沒(méi)有真正地滿足式（2－7）的條件。那么，結(jié)果怎么樣呢？你還記得電磁轉(zhuǎn)矩的公式么？” “記得?！毙O一邊回答，一邊寫了下來(lái)：

變頻時(shí)和磁通有關(guān)的因素 “好，在這公式里，電流是不允許超過(guò)額定電流的：

可見，電阻壓降是不隨頻率而變的。 式（2－10）表明，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以頻率fx運(yùn)行時(shí)，磁通的大小和以下因素有關(guān)：

（1）變頻器的輸出電壓u1x（電動(dòng)機(jī)的電源電壓）：u1x越大，磁通也越大； 

（2）電動(dòng)機(jī)的負(fù)載輕重：負(fù)載越重，則電流越大，磁通將減小。

（3）電阻壓降在電源電壓中占有的比例：因?yàn)楫?dāng)頻率下降時(shí)，變頻器的輸出電壓要跟著下降，但如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的話，電阻壓降是不變的，電阻壓降在電源電壓中占的比例將增大，也會(huì)導(dǎo)致磁通減小。

低頻運(yùn)行時(shí)磁通會(huì)減少 

讓我們來(lái)進(jìn)行一些粗略的計(jì)算。首先，作一些近似的假設(shè)： 

（1）資料表明，電動(dòng)機(jī)的電阻壓降約為（30～40）v，容量小者，電阻壓降較小，容量大者，電阻壓降也較大。為方便計(jì)算起見，今假設(shè)為30v。 

（2）把式（2－3）的復(fù)數(shù)關(guān)系近似為代數(shù)關(guān)系：

圖（a）所示，是額定狀態(tài)時(shí)的情形。運(yùn)行頻率為50hz，對(duì)應(yīng)的電壓為380v，如上述，電阻壓降為30v，則反電動(dòng)勢(shì)等于350v，反電動(dòng)勢(shì)與頻率之比等于7.0，這時(shí)的磁通應(yīng)該是額定磁通，其相對(duì)值為100%。 

圖（b）所示，是運(yùn)行頻率為10hz時(shí)的情形。在ku＝kf的前提下，對(duì)應(yīng)的電壓為76v，而電阻壓降仍為30v，則反電動(dòng)勢(shì)等于46v，反電動(dòng)勢(shì)與頻率之比等于4.6，磁通的相對(duì)值只有66%。 

瞧，低頻運(yùn)行時(shí)，磁通減小了，所以，在ku＝kf的前提下，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線簇如圖2－16所示。由圖可知，當(dāng)頻率下降時(shí)，理想空載點(diǎn)下移，但機(jī)械特性的‘硬度’基本不變，而電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩將減小，從而，其帶負(fù)載能力下降了。如果你們的設(shè)備要求重載啟動(dòng)的話，它就難以啟動(dòng)了。”

轉(zhuǎn)矩提升

 “那??，就是說(shuō)，要想辦法在低頻運(yùn)行時(shí)也能得到額定磁通，那就只有加大變頻器的輸出電壓了，是不是？”小孫說(shuō)。

“對(duì)，”老張隨手拿出了圖2－17，接著說(shuō)： “如圖（a），在10hz時(shí)要想得到額定磁通，反電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該有70v才行，加上電阻壓降，變頻器的輸出電壓需要有100v。就是說(shuō)，應(yīng)該在原來(lái)的76v的基礎(chǔ)上，再補(bǔ)償24v。使實(shí)際的u/f 線如圖（b）中的曲線②所示。這種通過(guò)適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償電壓來(lái)增加磁通，從而增強(qiáng)電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)的帶負(fù)載能力的方法，稱為電壓補(bǔ)償，也叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，但在變頻器的說(shuō)明書里，普遍地叫作轉(zhuǎn)矩提升。

 很明顯，運(yùn)行頻率不同時(shí)，電壓的補(bǔ)償量也是不一樣的。那么，怎樣來(lái)表述曲線②呢？在變頻器里，通常把0hz時(shí)的起點(diǎn)電壓uc定義為電壓的補(bǔ)償量?！?“變頻器里，是怎樣提高電壓的呢？”小孫問(wèn)。

這個(gè)問(wèn)題老張事先并無(wú)準(zhǔn)備，于是他拿出一張紙來(lái)，隨手畫了起來(lái)，如圖2－18，然后說(shuō)：“還是拿單極性調(diào)制來(lái)說(shuō)明吧，調(diào)節(jié)電壓時(shí)，載波是不變的。但調(diào)制波的振幅值必須按所需電壓改變。圖（a）是電壓較低時(shí)的情形，得到的脈沖序列的‘占空比’較?。粓D（b）是電壓較高時(shí)的情形，得到的脈沖序列的‘占空比’較大。”

 “啊，要是補(bǔ)償?shù)谜茫梢允沟皖l時(shí)的臨界轉(zhuǎn)矩和額定頻率時(shí)一樣大?！毙O一邊說(shuō)，一邊就在張老師的紙上畫了起來(lái)，如圖2－19所示。

“理論上是可以的，但在實(shí)際工作中，還有其他問(wèn)題需要考慮，例如散熱問(wèn)題等。這，留待后面再討論吧?！?小孫回廠后，按照說(shuō)明書，加大了轉(zhuǎn)矩提升量，那臺(tái)設(shè)備就啟動(dòng)起來(lái)了。人們向他豎起了大拇指，小孫心里也很得意。心想：只要低頻時(shí)也能夠帶動(dòng)負(fù)載，變頻調(diào)速大概也掌握得差不多了?？墒??

轉(zhuǎn)矩提升不能過(guò)分 

沒(méi)過(guò)幾天，廠里為離心澆鑄機(jī)配了一臺(tái)變頻器。售后服務(wù)人員聽相關(guān)工程師介紹說(shuō)，當(dāng)運(yùn)行到40hz以上時(shí)，澆鑄機(jī)的罐內(nèi)要灌入鐵水，以備澆濤。灌入鐵水后，電動(dòng)機(jī)處于滿負(fù)荷狀態(tài)，個(gè)別時(shí)候，還可能短時(shí)間過(guò)載。所以，在預(yù)置轉(zhuǎn)矩提升時(shí)，他把提升量預(yù)置為15%，結(jié)果，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)頻率上升到10hz時(shí)，變頻器跳閘了，顯示的原因是“過(guò)電流”。售后服務(wù)人員以為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩還不夠，又把轉(zhuǎn)矩提升量增大為25%，結(jié)果頻率上升到不到6hz就跳閘了。售后服務(wù)人員慌了手腳，打算回去換一臺(tái)變頻器。小孫說(shuō)，“且慢，等我問(wèn)問(wèn)老師看?！?nbsp;

張老師在電話里聽小孫介紹完情況后，告訴小孫說(shuō)： “你把轉(zhuǎn)矩提升量降為0就可以了?！?售后服務(wù)人員搶過(guò)了電話，說(shuō)：“老師，那不行，它灌了鐵水后負(fù)荷可是很重的??！”老師說(shuō)：“你先試試看，過(guò)十分鐘再給我來(lái)電話。” 就在售后服務(wù)人員和張老師通話的過(guò)程中，小孫把轉(zhuǎn)矩提升量降到了0。結(jié)果，售后服務(wù)人員的電話還沒(méi)放，就驚訝地說(shuō)：“真轉(zhuǎn)起來(lái)了?！?nbsp;

問(wèn)題雖然解決了，但小孫心里，還是懵里懵懂的。所以，打算當(dāng)晚又到張老師家去。張老師在電話里說(shuō)： “來(lái)之前，你要帶好幾個(gè)數(shù)據(jù)，包括：電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)，以及加鐵水前后的運(yùn)行電流。” 

電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)是現(xiàn)成的：90kw、164.3a、1480r/min。然后，在運(yùn)行過(guò)程中，小孫又測(cè)量出：加鐵水前的運(yùn)行電流約為50a；加鐵水后的運(yùn)行電流約為160a，個(gè)別時(shí)候，可能達(dá)到170a。 老張已經(jīng)準(zhǔn)備好了圖2－20等著他呢。

小孫落座之后，張老師就分析說(shuō)：“根據(jù)你們的介紹，這臺(tái)澆濤機(jī)的機(jī)械特性如圖（b）所示，線段①是40hz以下時(shí)的特性，電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率約為30%；線段②是40hz以上時(shí)的特性，負(fù)荷率約為97%。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中處于輕載狀態(tài)。 

再看u/f 線，圖（c）中的曲線①是補(bǔ)償量為0時(shí)的u/f 線，曲線③是補(bǔ)償量為15%時(shí)的u/f線，曲線④是補(bǔ)償量為25%時(shí)的u/f線。由圖知，當(dāng)電壓補(bǔ)償量為15%時(shí)，10hz（20%fn）時(shí)的電壓為額定電壓的32%（121.6v），根據(jù)粗略估算，磁通約為額定磁通的120%，電動(dòng)機(jī)的磁路處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流中因出現(xiàn)較大的尖峰電流而使變頻器跳閘。當(dāng)把補(bǔ)償量上升為25%時(shí)，10hz（20%fn）時(shí)的電壓為額定電壓的40%（152v），根據(jù)粗略估算，磁通約為額定磁通的160%，電動(dòng)機(jī)的磁路處于高度飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流中出現(xiàn)很大的尖峰電流而使變頻器跳閘。

 因?yàn)闈矟龣C(jī)要到40hz以上才灌入鐵水，而40hz以上時(shí)，u/f線一般是可以不必補(bǔ)償?shù)?。故將轉(zhuǎn)矩提升量預(yù)置為0，使10hz（20%fn）時(shí)，變頻器的輸出電壓為額定電壓的20%（76v），就可以順利啟動(dòng)了。

一般說(shuō)來(lái)，φ＊超過(guò)110%，磁路就開始飽和了，超過(guò)120%已經(jīng)是過(guò)飽和了。可見，磁路已經(jīng)處于嚴(yán)重飽和狀態(tài)，其勵(lì)磁電流如圖（c）所示，其峰值可以超過(guò)額定電流的若干倍，導(dǎo)致變頻器過(guò)電流跳閘。” “原來(lái)是這樣。”小孫高興地說(shuō)。他看了看表，時(shí)候已經(jīng)不早了，就說(shuō)： “今天就到此為止吧，老師也該休息了?！毙O迅速地記好了筆記，就告辭了。

3 關(guān)于u／f線的討論 

怎樣預(yù)臵轉(zhuǎn)矩提升？ 小孫回去后，嘗試著要為幾臺(tái)機(jī)器的變頻器重新校核一下轉(zhuǎn)矩提升量?？墒?，一到現(xiàn)場(chǎng)，卻又感到無(wú)法下手了。經(jīng)過(guò)聯(lián)系，他又到了老師家里，問(wèn)： ?機(jī)器在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，常常會(huì)留有相當(dāng)?shù)脑Ａ?，我該怎樣?lái)確定轉(zhuǎn)矩提升量？此外，我沒(méi)法知道負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩究竟多大，又怎樣知道它的負(fù)荷率呢？? ?問(wèn)得好。?張老師高興地點(diǎn)了點(diǎn)頭。然后說(shuō)： ?我們倒過(guò)來(lái)，先解決第二個(gè)問(wèn)題。粗略地測(cè)定負(fù)荷率的方法很簡(jiǎn)單，你只要在工頻運(yùn)行時(shí)，測(cè)定電動(dòng)機(jī)的最大運(yùn)行電流，該機(jī)器的最大負(fù)荷率就出來(lái)了：

第一類，可以叫作‘類型與提升量分別預(yù)臵型’。這是比較普遍的一類，如圖2－22所示。進(jìn)行功能預(yù)臵時(shí)，需分成兩步： 

第一步：首先要根據(jù)負(fù)載的特點(diǎn)選擇u／f線的類型。圖（a）中，曲線①是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的u／f線；曲線②是一次方律負(fù)載的u／f線；曲線③是二次方律負(fù)載的u／f線。 

第二步：根據(jù)負(fù)載需要的低頻特性，決定轉(zhuǎn)矩提升量，如圖（b）和圖（c）所示。 

第二類，可以叫作分類預(yù)臵型。這是比較特殊的一類，主要見于富士變頻器，如圖2－23所示。

第三類，是分段補(bǔ)償型。u／f線的形狀由若干段折線構(gòu)成，比較隨意。圖2－24中，圖（a）是兩段補(bǔ)償型，圖（b）是多段補(bǔ)償型。 預(yù)臵時(shí)，用戶首先根據(jù)負(fù)載的需要，確致形狀，如圖（c）中之曲線①所示，然后畫出它的等效折線，如曲線②和③所示。最后，算出折線上各拐點(diǎn)的坐標(biāo)，然后按拐點(diǎn)的坐標(biāo)預(yù)臵對(duì)應(yīng)的頻率和電壓即可。

自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升的優(yōu)缺點(diǎn) 

許多變頻器不都有自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能么？都采用自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能不就可以了么，為什么還要費(fèi)事去預(yù)臵手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升呢？?小孫問(wèn)。

但是，你有沒(méi)有注意到，不少變頻器說(shuō)明書上都說(shuō)，用了自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升后，對(duì)于某些負(fù)載，在某些頻率段可能出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象呢。我也曾用過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能，調(diào)試時(shí)覺(jué)得還可以?？墒?，后來(lái)用戶反映，說(shuō)有時(shí)候運(yùn)行不穩(wěn)定，就又改回到手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升了。這大概就是大家不喜歡用的原因吧。不過(guò)，自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升可以提高電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以，對(duì)于一些需要重載啟動(dòng)的負(fù)載，采用自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升還是有好處的。

還有，自動(dòng)u／f線為什么都是平行的呢？?小孫在紙上畫了個(gè)圖2－25，問(wèn)： 

這主要和變頻器的工作過(guò)程有關(guān)。手動(dòng)提升時(shí)，只要預(yù)臵了提升量uc，在不同頻率時(shí)需要補(bǔ)償?shù)碾妷阂簿蜎Q定了，例如，在圖2－26（a）中，只要預(yù)臵了uc＝10%（38v），則變頻器很快就算好了在不同頻率時(shí)的補(bǔ)償量，如10hz時(shí)的補(bǔ)償電壓為24v，25 hz時(shí)的補(bǔ)償電壓為15v。

而在自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升時(shí)，變頻器在運(yùn)行期間，始終處于自動(dòng)搜索的狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)，增加一個(gè)δu（如5v）試試看，如仍不足，則再增加一個(gè)δu，如圖（b）那樣。因?yàn)椴徽擃l率多大，每次搜索的頻率增量都是相同的，所以是許多的平行線。正因?yàn)樽冾l器始終處于自動(dòng)搜索的狀態(tài)，所以容易引起振蕩。

基本頻率也可調(diào)整

 一天，一臺(tái)進(jìn)口設(shè)備中的三相220v的變頻器壞了。該設(shè)備中是自行配備了三相變壓器為變頻器提供電源的?？墒牵O多方聯(lián)系，也買不到三相220v的變頻器，這可是一臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備呀！沒(méi)辦法，只好又求救于張老師。

 小孫又到張老師家，剛一落座，張老師就說(shuō)： ?你可以購(gòu)買一臺(tái)三相380v的變頻器。? ?那……，行嗎？?小孫瞪大了眼，驚訝得幾乎合不攏嘴。 ?當(dāng)然要采取一些特殊措施啰。?張老師拿出了圖2－27。說(shuō)：

你可以通過(guò)提高基本頻率的方法來(lái)解決。 首先，在u/f坐標(biāo)系內(nèi)做出實(shí)際需要的u/f線oa，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)于50hz，220v。延長(zhǎng)oa至與380v對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，如圖中之b點(diǎn)。按比例算出與b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率： 

把基本頻率預(yù)臵為86hz就可以了。瞧，86hz對(duì)應(yīng)于380v，則當(dāng)工作頻率為50hz時(shí)，對(duì)應(yīng)的電壓便是220v了。? ?您不是說(shuō)過(guò)，基本頻率最好不要隨意改變的嗎？? ?可這不是特殊情況么？?張老師笑著反問(wèn)道。然后又說(shuō)： ?前幾年，我曾處理過(guò)一臺(tái)特殊電動(dòng)機(jī)，它的額定數(shù)據(jù)是270v、70hz。你看看，該怎么解決呀？?

小孫略思索了一會(huì)兒，就拿起一張紙畫了起來(lái)，如圖2－28，然后說(shuō)： 

首先，在u/f坐標(biāo)系內(nèi)找到與（70hz、270v）對(duì)應(yīng)的點(diǎn)c。則c點(diǎn)便是該電動(dòng)機(jī)的額定工作點(diǎn)，直線oc是它的基本u/f線。 將oc延長(zhǎng)至與380v對(duì)應(yīng)的點(diǎn)d。按比例算出與d點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率： 

把基本頻率預(yù)臵為98hz，就是說(shuō)，使98hz對(duì)應(yīng)于380v，而當(dāng)工作頻率為70hz時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率就是270v了。小孫抬起頭，望著張老師，仿佛說(shuō)：對(duì)嗎？

很好。?張老師高興地點(diǎn)了點(diǎn)頭。 ?我想起來(lái)了，?小孫又拍著腦袋說(shuō)?廠里有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)是：420v，60hz。當(dāng)時(shí)的售后服務(wù)人員把基本頻率預(yù)臵為60hz，我們總覺(jué)得它力量不大夠，在50hz運(yùn)行時(shí)，電流在額定電流上下波動(dòng)。但售后服務(wù)人員說(shuō)，只能這樣了。

現(xiàn)在看來(lái)，要是把基本頻率預(yù)置為50hz，是不是要好一些？? ?粗略地說(shuō)，基本頻率預(yù)臵為50hz是可以的。但是，你能不能細(xì)致地算一算？? 小孫拿起了筆和紙，邊畫邊算了起來(lái)：

啊，要是把基本頻率預(yù)臵為54hz的話，就能夠和它原設(shè)計(jì)的額定狀態(tài)相同了。

這時(shí)，小孫的手機(jī)響了。他接聽完以后，沒(méi)等他說(shuō)話，張老師便打趣地說(shuō)： ?女朋友在催了，趕緊回去吧，否則可后果嚴(yán)重啊。? 沒(méi)過(guò)幾天，小孫又遇到了難題。 有一臺(tái)機(jī)器，電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)是：pmn＝280kw，imn＝506a，配用315kw的變頻器。長(zhǎng)時(shí)間在40 hz的頻率下運(yùn)行，但電動(dòng)機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。車間主任要小孫解決一下。小孫拿了鉗形電流表一量，電流竟達(dá)到了540a。

小孫把轉(zhuǎn)矩提升功能預(yù)臵到上限值，電流仍在530a以上。小孫說(shuō)：?這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量不夠，要換一臺(tái)容量大一點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)。 可車間主任說(shuō)，它的過(guò)載系數(shù)只有6.7%，能不能想想別的辦法？ 小孫說(shuō)，我去問(wèn)問(wèn)老師看。 

張老師在聽了小孫的情況介紹后，分析說(shuō)： ?看起來(lái)，這臺(tái)電動(dòng)機(jī)在額定磁通的情況下運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩已經(jīng)不能再增大了。你可以加大一點(diǎn)磁通量試試看。 可我已經(jīng)把轉(zhuǎn)矩提升量預(yù)臵到最大了?。≡僭趺醇哟蟠磐垦?？小孫疑惑了。

只見張老師拿起紙，又畫了起來(lái)，如圖2－30，接著說(shuō)： 是啊，多數(shù)變頻器僅靠轉(zhuǎn)矩提升功能是無(wú)法加大u/f比的，如圖（a）中的曲線②所示。 如果把基本頻率略為減小一點(diǎn)，使u/f線如圖（b）中的曲線③所示，則可以使40hz時(shí)的電壓增加到340v左右，則電動(dòng)機(jī)的磁通量可以比額定磁通增加大約10%。你去試一試，看結(jié)果如何？

 第二天，小孫又來(lái)，向張老師報(bào)告試驗(yàn)結(jié)果。他說(shuō)： ?我把基本頻率降低到46hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流就減小為305～310a了。又降低到45hz時(shí)，電流基本上降到了額定電流以內(nèi)了?？墒?，基本頻率再往下降，電流就不再降了，反而又升了一點(diǎn)，不知是怎么回事？

你這個(gè)實(shí)驗(yàn)做得好。張老師呵呵地笑了起來(lái)。是啊，基本頻率是不能減小得太多的，否則將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)磁路的飽和。按國(guó)家規(guī)定，電壓的允許上限值為110%un，則磁通的允許上限值大體上也可以定為110%φ1n。 實(shí)測(cè)結(jié)果表明，普通電動(dòng)機(jī)的磁通量超過(guò)額定磁通的10%時(shí)，磁路就開始進(jìn)入磁化曲線的飽和段，那勵(lì)磁電流就要發(fā)生畸變了。所以，如果必須通過(guò)減小基本頻率來(lái)加大電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，基本頻率的下限值應(yīng)以不低于45hz為宜。這就是為什么你把基本頻率降到45hz以下時(shí)，電流不降反升的原因。

經(jīng)您這么一說(shuō)，我又想起一個(gè)問(wèn)題來(lái)了。我們隔壁廠里，電壓總是偏低，電動(dòng)機(jī)的電流普遍偏大。用了變頻器，能夠解決這個(gè)問(wèn)題么？小孫問(wèn)。

圖2－31 電源電壓偏低的處理

“在一定范圍內(nèi)是可以的。張老師一邊說(shuō)，一邊畫出了圖2－31，然后說(shuō)： 

電壓偏低時(shí)電流偏大，是因?yàn)樵?0hz時(shí)的u∕f比小了，電動(dòng)機(jī)的磁通減小了。用了變頻器以后，可以在一定范圍內(nèi)把磁通提高到額定值。舉例說(shuō)，如果那個(gè)廠的電源電壓只有350v，這是在國(guó)家的允許范圍內(nèi)的。為了把磁通提高到額定值，就應(yīng)該加大u/f比，你可以通過(guò)適當(dāng)降低基本頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)：

就是說(shuō)，讓46hz對(duì)應(yīng)350v，那么在46hz以下的范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的磁通都可以達(dá)到額定磁通，運(yùn)行電流也就正常了。但是，在46hz以上的范圍內(nèi)，磁通還是有所減小的。尤其是如果工作在50hz的話，可以說(shuō)，將毫無(wú)改善。

4 機(jī)械特性的調(diào)整

轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能 

過(guò)了幾天，小孫又帶來(lái)了幾個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是，廠里有一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，配置了變頻器后。操作工總說(shuō)，變頻50hz時(shí)的風(fēng)量，比工頻運(yùn)行時(shí)的風(fēng)量小。就到處說(shuō)，變頻這玩意兒，不咋的，風(fēng)量不足。

張老師聽了后，說(shuō)：“本來(lái)，因?yàn)槊}寬調(diào)制存在著死區(qū)，所以，變頻器在50hz時(shí)的輸出電壓，比工頻電壓略小些，風(fēng)量小一點(diǎn)是正常的。如圖2－32，工頻運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是曲線①，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為tq時(shí)，工作點(diǎn)在q點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為nq。變頻50hz時(shí)，因?yàn)殡妷狠^低，機(jī)械特性變成了曲線②，工作點(diǎn)降到q1點(diǎn)，在同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)速下降為nq1。

本來(lái)，如果實(shí)在要大風(fēng)量，只要把電動(dòng)機(jī)切換到工頻電源上不就可以了？但人家對(duì)新生事物抱有懷疑態(tài)度，倒是需要考慮的。怎么辦呢？你只要加一點(diǎn)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償就可以了。 

所謂轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，就是當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，變頻器在給定頻率不變的情況下，將輸出頻率適當(dāng)?shù)卦黾右稽c(diǎn)，使機(jī)械特性變成了曲線③，工作點(diǎn)上移至q2點(diǎn)，轉(zhuǎn)速也上升為nq2。從給定頻率的角度看，就好像自然機(jī)械特性的轉(zhuǎn)差被補(bǔ)償了，機(jī)械特性變成了曲線④。宏觀地看起來(lái)，就好像機(jī)械特性變硬了。

 你回去，增加了轉(zhuǎn)差補(bǔ)償后，對(duì)操作工說(shuō)，瞧，變頻50hz時(shí)的風(fēng)量比工頻時(shí)還大些呢?！睆埨蠋熜χf(shuō)。 “那其他設(shè)備上的變頻器是不是都要預(yù)置轉(zhuǎn)差補(bǔ)償呢？”小孫問(wèn)。

 “一般不用。應(yīng)用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的變頻器，對(duì)于50hz時(shí)的輸出電壓，已經(jīng)進(jìn)行了校準(zhǔn)的，可以保證輸出380v。而應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載的變頻器，考慮到應(yīng)用在50hz時(shí)的情況并不多，并且也沒(méi)有必要一定要輸出額定電壓，所以，不少公司就未作處理。說(shuō)說(shuō)你的第二個(gè)問(wèn)題吧?！?nbsp;

“第二個(gè)問(wèn)題是”小孫翻了翻筆記本，然后說(shuō)：“有一臺(tái)機(jī)器，機(jī)械工程師在調(diào)試時(shí)，希望在極低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，以便觀察。我叫他把頻率調(diào)到1hz，但機(jī)器動(dòng)都不動(dòng)。這是什么原因？” “是多大的電動(dòng)機(jī)？”張老師問(wèn)。 “是30kw、1970r/min的電動(dòng)機(jī)?！毙O回答。 “你自己先計(jì)算一下，1hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速應(yīng)該是多大？” 小孫于是算了起來(lái)：

 1hz時(shí)的同步轉(zhuǎn)速：

下垂功能 

“還有，廠里一臺(tái)橋式起重機(jī)的大車兩邊，各有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用了一臺(tái)變頻器?？墒牵覝y(cè)量了它們的運(yùn)行電流，發(fā)現(xiàn)，它們的負(fù)荷分配很不均衡，有沒(méi)有辦法解決？”小孫說(shuō)。 

“當(dāng)然有啊?！闭f(shuō)著，張老師又找出了圖2－33，然后說(shuō)： “兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷不均衡的原因，是由于它們的自然機(jī)械特性不可能完全一致，所以，它們?cè)谕晦D(zhuǎn)速下的負(fù)荷量的差異較大，如圖（b）所示。圖中，曲線①是電動(dòng)機(jī)m1的機(jī)械特性，曲線②是電動(dòng)機(jī)m2的機(jī)械特性，當(dāng)轉(zhuǎn)速為某一轉(zhuǎn)速nx時(shí)，m1的電磁轉(zhuǎn)矩為tm1，m2的電磁轉(zhuǎn)矩為tm2，由圖可知，兩者的差異是比較大的。

 解決的辦法，是預(yù)置‘下垂功能’，就是說(shuō)，讓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差加大，如圖（c）所示。電動(dòng)機(jī)m1的機(jī)械特性變成了曲線③，電動(dòng)機(jī)m2的機(jī)械特性變成了曲線④，當(dāng)轉(zhuǎn)速仍為nx時(shí)，m1的電磁轉(zhuǎn)矩變成tm3，m2的電磁轉(zhuǎn)矩變成tm4，由圖可知，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間負(fù)荷量的差異就小多了.

” “啊，真好！”小孫不覺(jué)歡呼起來(lái)。接著又問(wèn)：“這下垂功能還有其他用處么？” 

“ 有不少負(fù)載，從安全的角度出發(fā)，常常要求負(fù)載越重，轉(zhuǎn)速越低。例如，如圖2－34（a）所示的大商店里的電動(dòng)扶梯在上行時(shí)，當(dāng)扶梯上的顧客很多時(shí)，要求其速度自動(dòng)減慢，以確保安全。電動(dòng)機(jī)車和電梯，也有同樣的要求。針對(duì)這種要求，就應(yīng)該使機(jī)械特性變軟，如圖（b）中之曲線②所示。還有問(wèn)題么？” “沒(méi)有了，今天就到這里吧?！毙O說(shuō)罷，就告辭了。