變頻器轉(zhuǎn)矩提升原因和調(diào)試方法

轉(zhuǎn)矩提升又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，是為補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍內(nèi)U/F增大的方法。變頻器將電動(dòng)機(jī)在一定時(shí)間內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動(dòng)到一定的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，需要克服機(jī)械裝置的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩阻力和運(yùn)行加速度轉(zhuǎn)矩阻力。由于在低速時(shí)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電壓降低，為此，需要補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的欠勵(lì)磁狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩增大（U/F特性增強(qiáng)，也即U/F在低頻段的斜率增大），以此來克服這兩種轉(zhuǎn)矩阻力。

普通電動(dòng)機(jī)采用的冷軋硅鋼片鐵芯的導(dǎo)磁系數(shù)不是很高且不是常數(shù)，正常情況下鐵芯工作在其磁化曲線的附點(diǎn)以上至膝點(diǎn)附近的一段區(qū)域內(nèi)。在這段區(qū)域內(nèi)導(dǎo)磁系數(shù)最高，在工頻電源下能滿足電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的要求。電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電運(yùn)行時(shí)，在低頻區(qū)域電動(dòng)機(jī)電流很小（有時(shí)比電動(dòng)機(jī)在工頻下的空載電流還要低），使得這種冷軋硅鋼片鐵芯工作在磁化曲線的附點(diǎn)以下，在這一段區(qū)域內(nèi)鐵芯的導(dǎo)磁系數(shù)相對(duì)較小。電動(dòng)機(jī)繞組中電流產(chǎn)生的磁通在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯中閉合的數(shù)量會(huì)相對(duì)減少，表現(xiàn)為對(duì)鐵芯的磁化力不足，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重下降，實(shí)際運(yùn)行時(shí)可能因電磁轉(zhuǎn)矩不夠或負(fù)載轉(zhuǎn)矩相對(duì)較大而無法啟動(dòng)或在低頻段不能正常運(yùn)行。因此，各種各樣的變頻器中均設(shè)置有相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩提升功能，為不同的負(fù)載提供不同的轉(zhuǎn)矩特性曲線。如富士5000GIIS/P11S系列變頻器就提供了38條不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩提升曲線。在變頻器調(diào)試時(shí)選擇不同的轉(zhuǎn)矩提升曲線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同負(fù)載在低頻段的補(bǔ)償。

轉(zhuǎn)矩提升功能用于改善變頻器啟動(dòng)時(shí)的低速性能，使電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩能滿足生產(chǎn)機(jī)械啟動(dòng)的要求。在異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩的控制較為復(fù)雜，在低頻段，由于電動(dòng)機(jī)電阻、漏電抗的影響不容忽略，若仍保持U/F為常數(shù)，磁通將減小，進(jìn)而減小了電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。為此，在低頻段要對(duì)電壓進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償以提升轉(zhuǎn)矩?？墒?，電動(dòng)機(jī)漏阻抗的影響不僅與頻率有關(guān)，還和電動(dòng)機(jī)電流的大小有關(guān)，準(zhǔn)確補(bǔ)償是很困難的。近年來國外開發(fā)了一些能自行補(bǔ)償?shù)淖冾l器，但所需計(jì)算量大，硬件、軟件都較復(fù)雜。

1、轉(zhuǎn)矩提升的原因

設(shè)置好轉(zhuǎn)矩提升功能很重要。變頻器應(yīng)用最廣泛的是V/F控制模式，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電源頻率下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)下降，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，則其輸出功率也是下降的。根據(jù)能量守恒的原理，如果負(fù)載的轉(zhuǎn)矩不變，電流是不能減小的，只有減小電壓來保持輸入與輸出間的能量平衡。設(shè)電動(dòng)機(jī)輸入的對(duì)應(yīng)電壓為Ux，頻率下降為fx，則：

①電壓調(diào)節(jié)比Ku=Ux/Un

②頻率調(diào)節(jié)比Kf=fx/fn

式中，Un和fn。分別是額定電壓和額定頻率。當(dāng)Ku=Kf時(shí)，電壓和頻率是成正比下降的。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是由頻率決定的，故輸出功率所占比例減小的具體反映便是電磁轉(zhuǎn)矩的減小，這就降低了電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力，如要不降低電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力，當(dāng)電壓和頻率同時(shí)下降時(shí)，應(yīng)該在Ku=Kf的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大一點(diǎn)電壓，使Ku＞Kf。由于加大電壓的目的是為了增大轉(zhuǎn)矩，所以稱為轉(zhuǎn)矩提升，又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。轉(zhuǎn)矩提升的多少反映了電壓與頻率比值的大小，調(diào)試轉(zhuǎn)矩提升實(shí)際上就是調(diào)節(jié)U/f比

2、轉(zhuǎn)矩提升的U/f曲線

變頻器產(chǎn)品幾乎都提供了數(shù)十條U/f曲線，供用戶選擇使用。由于產(chǎn)品型號(hào)不同，其U/f曲線大致有直線形、折線形、任意折線形幾種。具體可按電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的特性，及變頻器用戶手冊(cè)的說明進(jìn)行選擇即可。

3、U/f比的大小對(duì)負(fù)載的影響

轉(zhuǎn)矩提升是為了補(bǔ)償因電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍U/f增大。U/f比太小，低頻率時(shí)電動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)或者可啟動(dòng)但帶不了負(fù)載。U/f比太大，電動(dòng)機(jī)在低頻率運(yùn)行時(shí)不節(jié)能，甚至?xí)捎陔妱?dòng)機(jī)磁路高度飽和而使變頻器過流跳閘。

上述所說只是基本的影響情況，在現(xiàn)場(chǎng)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的特性，進(jìn)行具體考慮、設(shè)定和調(diào)整。對(duì)于調(diào)速范圍較寬的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如帶運(yùn)輸機(jī)等，在設(shè)定時(shí)要考慮在低頻率運(yùn)行時(shí)能否帶得動(dòng)負(fù)載，應(yīng)把U/f設(shè)置大些。對(duì)于輕負(fù)載啟動(dòng)，重負(fù)載運(yùn)行的對(duì)象，對(duì)轉(zhuǎn)矩可不提升或少提升；對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，在低頻率時(shí)應(yīng)少提升或者選用弱減特性的曲線。變頻器對(duì)轉(zhuǎn)矩提升都設(shè)計(jì)有“自動(dòng)”供用戶使用，如果設(shè)定為自動(dòng)時(shí)，可使加速時(shí)的電壓自動(dòng)提升以補(bǔ)償啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)加速順利進(jìn)行，對(duì)于調(diào)試經(jīng)驗(yàn)不足的新手，或者對(duì)負(fù)載特性不太清楚時(shí)，使用“自動(dòng)”是種不錯(cuò)的選擇。如采用手動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的啟動(dòng)特性，通過試驗(yàn)可選出較佳曲線。對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)的輸出電壓過高，而浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，甚至還會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載啟動(dòng)時(shí)電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。