变频驱动中电动机机械特性与转矩补偿法

在学习电动机的使用时，我们有必要了解变频后电动机的机械特性，正常情况下，减速后的电动机，继续保持原来较硬的机械特性，低频时临界转矩减小的原因是什么，一起来了解下。

变频后电动机机械特性

1、变频后电动机的机械特性

满足式时，变频后电动机的机械特性如图1。

（a）电动机向低于额定转速方向调速时的机械特性	（b）电动机向高于额定转速方向调速时的机械特性
图1 变频调速后的机械特性

从上图中可以看到，当电动机向低于额定转速方向调速时，如图(a)所示，曲线近似平行地下降。这说明，减速后的电动机仍然保持原来较硬的机械特性，但是电动机的临界转矩却随着电动机转速的下降而逐渐减小，这就造成了电动机带负载能力的下降。这样的机械特性难以和直流调速系统相比。

低频时临界转矩减小的根本原因为：从能量传递的角度看，因为下降引起成正比下降，输入功率也成正比下降。但等于额定电流不变，所以(铜损)也不变；定子侧铁损变化不大，故损耗功率几乎不变。于是，传递到转子的电磁功率的下降比例大于输入功率的下降比例，临界转矩也随之减少。

输入功率为损耗功率与传递到转子的电磁功率之和，输入功率下降而损耗功率不变，将使电磁功率所占份额变小，亦即电磁功率的下降比例大于输入功率的下降比例。

从电动势平衡的角度看，下降引起成正比下降，因为不变，所以阻抗压降基本不变，而反电动势所占比例则逐渐减小。从而，当时，比值实际上是随的下降而减小的，主磁通也随之减小。所以，电动机的临界转矩也随之减小。

当电动机向高于额定转速方向调速时，如图(b)所示，不仅临界转矩曲线下降，而且其工作段的斜率开始增大，使机械特性变软。造成这种现象的原因是：当频率升高时，电源电压不能相应地升高。这是因为电动机绕组的绝缘强度限制了电源电压不能超过电动机的额定电压，所以磁通将随着频率的升高而反比例下降，而磁通的下降使电动机的转矩下降，造成电动机的机械特性变软。

2、转矩补偿法

图2 通用变频器提供的VF线图

变频后机械特性的下降将使电动机带负载能力减弱，影响交流电动机变频调速的使用。

一种简单的解决方法是采用转矩补偿法。转矩补偿法的原理是：当频率下降时，适当提高的比值，以补偿（或对应的损耗功率）所占比例增大的影响，从而保持磁通恒定，使电动机转矩回升。这种方法称为转矩补偿法，也叫转矩提升法，这种调整临界转矩的方法称转矩补偿法。

转矩补偿法只能补偿向低于额定转速方向调速时的机械特性，而对于高于额定转速方向调速时的机械特性不能补偿。通常，变频器提供多条比值不同的线，供用户根据不同机械的具体情况进行选择，如图2。