变频器中的低频带载现象分析

　　今天我们要聊的与变频器有关，仅仅是其中很小的一部分--

　　低频带载相关的那些事儿~

　　关于变频器的优点这里就不多说了，太太常见了，今天我们主要聊聊关于变频器低频带载能力。我们都知道，通用变频器采用恒定的压频比控制，其目的是使得电动机的磁通保持一定。这样既不会因为磁通太弱而没能充分利用电动机的铁心形成浪费，也不会因为磁通过大而使绕组过热，从而保证了电动机的转矩、效率和功率因数等保持良好的性能。

　　01

　　恒压频控制

　　变频器调速时，保持电动机磁通不变的条件是E1X/fX=const(恒定)其中，fX是运行频率；E1X是此频率下，定子一相绕组的自感电动势；而实际上只能做到U1X/fX=const，ku=kf。其中，U1X为频率fX下定子侧电压(即变频器输出电压)；

　　如下图所示，ku=kf，可以用U/f曲线来表示

　　这跟曲线表示电压和频率成正比，我们称为基本U/f曲线，表明了，变频器输出的最大电压为380V，与最大电压对应的频率，称之为基本频率，用fBA表示。

　　需要注意，基本U/f曲线是满足上述第二个式子的曲线，并没有真正地满足第一个式子的条件。

　　根据电磁转矩的公式：TM=kMΦ1I2cosφ2

　　其中，电流是不允许超过额定电流值的，所以，带载能力的大小主要取决于磁通。在异步电机定子绕组的电路里，U1X和E1X之间的差别在于，定子绕组电阻抗上的电压降ΔU。

　　磁通大小可以表示为Φ=k*E1X/fX=|U1X-ΔU|/fX

　　k可以看出一个系数。这就是我们所说注意点的原因，并且，定子绕组电阻抗上的电压降是不随频率改变的。

　　所以，我们得到当电机以频率fX运行时，磁通的大小和以下几个因素有关：

　　①变频器的输出电压U1X(也就是电动机的电源电压)，U1X越大，磁通也越大；

　　②电动机的负载轻重，负载越重，则电流越小，磁通将减小；

　　③电阻抗压降在电源电压中所占的比例，当频率下降时，变频器的输出电压也随之下降。如果负载转矩不变的话，电阻压降也时不变的，电阻压降在电源电压中的比例将会增大，也会导致磁通的减小。

　　02

　　低频运行时磁通的变化

　　在ku=kf的条件下，当频率下降时，电压将相应的下降。运行频率为50HZ，对应的电压是380V；假设电阻压降为30V，那么反电动势便等于350V，反电动势与频率的比值等于7，这时的磁通应该是额定磁通，其相对值为100%。

　　运行频率为50HZ                              运行频率为10HZ

　　当运行频率为10HZ时，在保证ku=kf的前提下，对应的电压为76V，而电阻压降仍为30V，则反电动势等于46V，反电动势与频率的比值为4.6，磁通的相对值变得只有66%了。

　　可以看出，低频运行时，磁通将减小。所以在ku=kf的前提下，电动机的机械特性曲线如下：

　　频率下降时，理想空载点下移，但是机械特性的"硬度"基本不变，而临界转矩将会减小，也就是说其带负载能力将会下降，即低频带载能力变差。

　　03

　　转矩提升

　　如果低频运行时也能够得到额定磁通，只能通过加大变频器的输出电压来适当补偿电压，以此来增加磁通，从而增强电机在低频时的带载能力，我们称之为电压补偿，或转矩补偿，或者是转矩提升。具体如下图：

　　在频率10HZ的时候想要得到额定磁通，那么反电动势应该有70V才行，加上电阻压降30V，则变频器的输出电压要达到100V。即需要在原来的76V电压上再补上24V。实际的U/f曲线如下图曲线②：

　　可见，运行频率不同时，电压的补偿量也是不一样的。在变频器中通常把0HZ对应的起点电压定义为电压UC的补偿量。

　　但是，补偿必须有所限制。如果转矩提升过大，便会导致变频器过流跳闸。一般来讲，Φ超过110%，磁路就开始饱和了，超过120%已经是过饱和了，励磁电流可见下图：

　　正常时的励磁电流                磁路饱和时的励磁电流

　　所以，在恒压频比控制方式下，变频器低频运行时，若要得到与额定状态下相同的带载能力，必须通过转矩提升来设定合理的补偿量，不能过分补偿。