4.4.1.1 有效转矩线

变频器调速系统由变频器、异步电动机和生产机械及拖动系统构成。生产机械作为变频器调速系统的负载由异步电动机拖动。设电动机在某一转速下正常工作时的最大转矩为有效转矩，电动机在某一频率下工作时，对应的机械特性曲线只有一条，有效转矩就只有一点，将所有频率下各机械特性中的有效转矩点连接起来，即得到电动机在变频调速过程中的有效转矩线，但要注意以下三个问题：

1）有效转矩线是说明电动机在不同频率下的工作范围，而不是电动机的特性曲线，不能在有效转矩线上决定系统的工作点，系统的工作点是电动机的机械特性与负载的机械特性的交点。

2）要使系统在全调速范围内都能正常运行，必须是有效转矩线把负载的机械特性曲线的运行段包括在内，即系统的工作点必须在有效转矩线内。

3）根据各种变频器提供的有效转矩线来考虑其调速范围。电动机在实施了变频调速后，是否在整个频率范围内都带得动负载、能不能长时间运行，要了解负载的机械特性和电动机变频调速后的有效转矩线。

1.f_x＜f_N时的有效转矩线

图4-13为f_x＜f_N、保持U₁/f_x＝常数时的电动机的机械特性和有效转矩线。f_x为电动机定子电源频率，f_N为电动机定子电源额定频率。由图4-13可见，当f_x分别等于f₁、f′₁、f″₁、f‴₁，并且f‴₁＜f″₁＜f₁′＜f₁＝f_N时的电动机的机械特性。一般情况下，当f_x＜f_N时，转速下降，机械特性随频率的降低而向下平移，低速时电动机风扇的风量和内部通风情况都变差，散热效果下降，电动机的有效转矩也就下降，如图4-13中实线所示。在低频时，有效转矩也减小很多，有时甚至可能拖不动负载，为保证电动机在低速时有足够大的有效转矩值，U₁应比f₁降低的比例小一些，使U₁/f₁的值随f₁的降低而增大。保证频率下降时，电动机的最大转矩不变，如图4-13中虚线所示，此时有效转矩线为一条转矩不变的直线。

2.f_x＞f_N时的有效转矩线

当电动机在基频以上变频调速时，定子频率f_x大于额定频率f_N，要保持Φ_m恒定，定子电压U₁将高于额定值，这是不允许的。因此，基频以上的变频调速时，应使电压U₁为额定电压，f_x增大。这样，随着频率f_x的增高，n增高，磁通降低，有效转矩和额定转矩也减少，其机械特性和有效转矩线如图4-14所示。因f_x＞f_N、U₁不变，电动机的电压和允许电流都不变，功率因数变化不大，其最大输入功率基本不变，近似为恒功率调速。由以上分析可知，在基频以下调速时，保持U₁/f_x＝常数，为恒转矩变频调速，基频以上调速时，保持U₁为额定电压，为恒功率变频调速。在实际中，根据负载性质的不同，可选择恒转矩变频调速或恒功率变频调速，以达到最优控制效果。

图4-13 U₁/f_x＝常数时的有效转矩线(www.daowen.com)

图4-14 U₁＝U_N时的有效转矩线

4.4.1.2 变频调速系统主要设计内容

在设计变频调速系统时，要考虑变频以后电动机的机械特性与负载机械特性的配合，系统对电动机起、制动过程的要求，对电动机过载能力的要求以及避免机械谐振等问题。设计内容包括以下几项：

1）根据负载的具体情况，选择电动机的类型、容量、转速等；

2）选择变频器的类型、容量、型号等；

3）设计主电路与外部配套件的选型；

4）设计控制电路和外部配套件的选型及端子接线；

5）根据负载要求，选择系统运行的方式，选择变频调速的功能与相关参数的预置。