一般异步电动机调压调速时的机械特性如图3.4所示。图3.4 一般异步电动机调压调速时的机械特性3）若恒转矩负载为TL，当电压从UN下降为U1、U2时，则负载线TL与电动机机械特性的交点分别是A、B、C、D，其中D点是不稳定工作点，因此电动机的调速范围为n0～n0，调速范围较小。综上分析，异步电动机调压调速的调速范围较小，较适合于风机和水泵类负载的调速。图3.5 力矩电机调压调速机械特性......
2023-06-19
异步电动机变频机械特性优化方法
【摘要】：图6-18异步电动机变压变频调速机械特性同时也可将式对应的临界转矩改写为可见临界转矩Tem是随着ω1的降低而减小的，当频率很低时，Tem很小，电动机带负载能力弱，采用低频定子压降补偿，适当提高电压Us，可以增强带负载能力，如图6-18中虚线所示。
1.基频以下机械特性
当异步电动机在基频f1N以下运行时，可以采用恒压频比的控制方式进行调速，此时可以将式（5-6）所示的异步电动机特性方程改写为
当s很小时，忽略上式分母中含s的各项，则有
或
带负载时的转速降落Δn为
可见，当Us/ω1为恒值时，若转矩Te不变，则Δn基本不变。也就是说在恒压频比的条件下，把频率f1向下调节时，机械特性基本上平行下移，如图6-18所示。
图6-18 异步电动机变压变频调速机械特性
同时也可将式（5-11）对应的临界转矩改写为
可见临界转矩Tem是随着ω1的降低而减小的，当频率很低时，Tem很小，电动机带负载能力弱，采用低频定子压降补偿，适当提高电压Us，可以增强带负载能力，如图6-18中虚线所示。由于带定子压降补偿的恒压频比控制能够基本上保持气隙磁通不变，故允许输出转矩也基本保持不变，所以基频以下的变压变频调速属于恒转矩调速。
在基频以下变压变频调速时，转差功率可以表示为
与转速无关，故也称为转差功率不变型调速方法。
2.基频以上机械特性
在基频f1N以上变频调速时，由于电压不能从额定值UsN再提高，只能保持Us=UsN不变，机械特性方程可以改写成
临界转矩表达式对应地改写为
临界转差率保持不变，仍然为
当s很小时，忽略式（6-25）中分母含s的各项，则
或者写成
则带负载时的转速降落Δn为
由此可见，当角频率ω1提高而电压不变时，同步转速随之提高，临界转矩减小，气隙磁通也势必减弱。由于输出转矩减小而转速升高，允许输出功率基本不变，所以基频以上的变频调速属于弱磁恒功率调速。由上式（6-30）可以看出，对于相同的电磁转矩Te，ω1越大，转速降落Δn越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速相似，如图6-18所示。
在基频以上变频调速时，转差功率为
在带恒功率负载运行时，
≈常数，所以转差功率也基本不变。
3.基频以下电压补偿控制及机械特性
在基频以下的变压变频调速时，由于负载变化时定子压降不同，将导致磁通改变，为了保持磁通不变，需要采用定子电压补偿控制。如图6-19所示为异步电动机T型等效电路，为了使参考极性与电动状态下的实际极性相吻合，感应电动势采用电压降的表示方法，由高电位指向低电位。
公式Eg=4.44f1NskNsΦm表示了气隙磁通Φm在定子每相绕组中的感应电动势，与此相应，定子全磁通Φms在定子每相绕组中的感应电动势为
转子全磁通Φmr在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）为
可见，保持磁通不变可以分别从保持定子磁通Φms、气隙磁通Φm和转子磁通Φmr恒定进行控制。
1）恒定子磁通Φms控制
由式（6-32）可知，只要维持Es/f1为恒定值，即可保持定子磁通恒定。由于定子电动势不好直接控制，能够直接控制的只有定子电压Us，根据等效电路可以看出，定子电压Us与Es间的关系是
其相量差为定子电阻压降，只要恰当地提高定子电压Us，按式（6-34）补偿定子电阻压降，以维持Es/f1为恒定值，就能够维持定子磁通恒定。
忽略励磁电流I0时，由等效电路可得转子电流幅值为
图6-19 异步电动机等效电路和感应电动势
代入电磁转矩关系式，有
再与恒压频比控制时的转矩方程式（6-19）比较可知，恒定子磁通Φms控制时转矩表达式的分母小于恒压频比控制特性中的同类项。因此，当转差率s相同时，采用恒定子磁通Φms控制方式的电磁转矩大于恒Us/ω1控制方式。或者说，当负载转矩相同时，恒定子磁通Φms控制方式的转速降落小于恒Us/ω1控制方式。
由上式（6-38）可见，当频率变化时，恒定子磁通Φms控制方式的临界转矩Tem恒定不变，机械特性如图6-20所示。比较式（6-37）和式（5-10）可知，恒定子磁通Φms控制方式的临界转差率大于恒Us/ω1控制方式。再比较式（6-38）和式（5-11）可知，恒定子磁通Φms控制方式的临界转矩也大于恒Us/ω1控制方式，同样的结论也可以在图6-20中的机械特性b和a上看出。
2）恒气隙磁通Φm控制
由公式Eg=4.44f1NskNsΦm可知，只要维持Eg/ω1为恒定值，即可保持气隙磁通Φm恒定。由图6-19所示等效电路可以看出，定子电压为
要维持Eg/ω1为恒定值，除了补偿定子电阻压降外，还要补偿定子漏阻抗压降。由图6-19可见，转子电流幅值为
代入电磁转矩关系式，有
临界转矩为
图6-20 不同协调控制方式的机械特性
对应的机械特性如图6-20中c线所示。可见与定子磁通Φms控制方式相比，采用恒气隙磁通Φm控制时临界转差率和临界转矩都更大，机械特性更硬。
3）恒转子磁通Φmr控制
由式（6-33）可知，只要维持E′r/ω1为恒定值，即可保持转子磁通Φmr恒定。由图6-19所示等效电路还可以看出
而转子电流幅值为
代入电磁转矩关系式，得
这时的机械特性曲线Te=f（s）完全是一条直线，如图6-20中的d线所示。很显然，恒转子磁通Φmr控制的稳定性能最好，可以获得和直流电动机一样的线性机械特性，这也正是高性能交流变频调速所要求的稳定性能。
通过对以上控制方式的对比，可以总结出每一种控制方式的特点。恒压频比Us/ω1=常数控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。恒定子磁通Φms、恒气隙磁通Φm和恒转子磁通Φmr的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。恒定子磁通Φms和恒气隙磁通Φm的控制方式虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。恒转子磁通Φmr控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。
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