    恒功率负载的输入转矩大体与转速成反比，这类负载随着电动机转速的下降输出转矩反而增加，即在调速范围内，转速低力矩大、转速高力矩小，电动机的输出功率不变，称为恒功率负载。但负载的恒功率特性是就一定的速度变化范围而言的，在低速区呈恒转矩特性。电动机在恒磁通调速时．较大允许输出转矩不变，属于恒转矩特性；而在弱磁调速时．较大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓“匹配”的情况下，电动机的容量和变频器的容量均较小。典型的恒功率负载设备如机床主轴、轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机和开卷机等。例如车床的主轴传动，在低转速时，往往进刀较深，切削量大，此时要求大转矩；而在高转速时，进刀较浅，切削量小，此时所需转矩较小。过去一般是通过机械变速来满足恒功率的要求，如果取消机械变速而完全采用变频调速，虽然可满足无级调速的要求，但却不能满足低转速时输出大转矩的要求，这是由恒功率负载特性所决定的。目前已在台钻、剃齿机及机加工中心等设备上采用变频调速。随着通用变频器性能的不断提高及专用变频器的出现，在恒功率负载设备上采用通用变频器会越来越多。在恒功率负载设备上采用变频调速时，为了不过分增大通用变频器的容量，又能满足恒功率的要求，一般采用如下方法。
    ①当在整个调速范围内可分段进行调速时，可以采用变较电动机与通用变频器相结合或者机械变速与通用变频器相结合的办法。
    ②如果在整个调速范围内要求不间断地连续调速，则在异步电动机的额定转速选择上应慎重考虑。一般选择的依据是在异步电动机的机械强度和输出转矩能满足转速的要求时，尽量采用6、8较电动机。这样，在低转速时，电动机的输出转矩会相应提高。在高速区，如果电动机的机械强度和输出转矩能满足要求，则应将基底频率（或称转折频率、弱磁频率）与尽量低的转速对应(如1000r/min或750r/min)。
    ③选择通用变频器时，恒功率负载的功率按公式计算。
    恒功率负载的机械特性较复杂，系统设计时应注意不能使异步电动机**过其同步转速运行，否则易造成破坏性机械故障。通用变频器的容量一般也取1. 1N1.5倍异步电动机的容量。变频控制柜应加装专用冷却风扇。
生产机械的典型特性有恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵类降转矩负载三种类型。选择变频器时自然应以负载特性为基本依据。恒转矩负载特性的变频器可以用于风机、水泵类负载，而降转矩负载特性的变频器不能用于恒转矩特性的负载。对于恒功率负载特性是依靠U/f控制方式来实现的，并没有恒功率特性的变频器。有些通用变频器三种负载都可以适用。表3-1是对常见机械设备的负载特性和转矩特性的总结，表3-2归纳了通用变频器不同控制方式时的基本性能及应用场合，可供选型时参考。
    表3-1    常见机械设备的负载特性和转矩特性
(1)开环控制方式
    变频调速控制系统主要有开环控制和闭环控制两种方式。开环控制方式一般采用U/f控制的通用变频器或无速度传感器矢量控制变频器。开环控制方案结构简单、运行可靠，但调速精度和动态响应特性不高，尤其是在低速区域显得较为**。由于异步电动机存在转差，转速随负荷转矩大小变化而变化，即使采用变频器的转差补偿功能及转矩提升功能，也难以达到很高的精度，然而对于一般控制要求的场合及风机、泵类流体机械的控制，足以满足工艺要求。采用无速度传感器矢量控制变频器的开环控制系统，可以对异步电动机的磁通和转矩进行检测和控制，具有较高的静态控制精度和动态性能，转速精度可达0. 5%以上，并且转速响应较快。但应注意变频器的额度参数、输入和设定的电动机参数应与实际负载匹配，否则难以达到预期效果。
    在中小功率应用中，可以考虑将异步电动机换成永磁同步电动机，这样就构成了永磁同步电动机开环控制变频调速控制系统，这种变频调速控制方式具有控制电路简单，可靠性高的特点。由于是同步电动机，它的轴转速始终等于同步转速，转速只取决于同步电动机的供电频率而与负载大小无关，其机械特性曲线为一根平行于横轴的直线，具有良好的机械硬特性。如果采用高精度的变频器，在开环控制情况下，同步电动机的转速精度可以达到0. 01%以上，并且*达到同步电动机的转速精度与变频器频率控制精度一致，所以特别适合多电动机同步传动系统，如对于静态转速精度要求很高的化纤纺丝机等，是较理想、较简单的控制方案。采用这种开环控制系统，具有系统控制电路结构简单、调整方便、调速精度与变频器控制频率精度相同、运行效率高的优点，特别适用于纺织、化纤、造纸等行业的高精度、多电动机同步传动系统。
    (2)闭环控制方式
    闭环控制方式一般采用带速度PID调节器的U/f控制变频器或有速度传感器矢量变换控制变频器，适用于温度、压力、流量、速度、张力、位置、pH值等过程参数控制的场合。采用有速度传感器矢量控制变频器需要在异步电动机上安装一个速度传感器或编码器，速度传感器或编码器的输出量输入到变频器中构成闭环系统，这是一种较理想的控制方式，有许多优点，调速范围可达100、1000甚至更高，并可精确地进行转矩控制，系统动态响应快、性能好。采用这种带速度传感器的矢量闭环控制系统同样要注意变频器额定参数、输入和设定的电动机参数应与实际负载匹配，此外要精心选择速度传感器或编码器。
造纸机通过纸、印染机通过布、连轧机通过钢材等，通过被加工的工件将机械的多个分部或单元连成一个整体，各分部之间的运行速度必须维持一定的比例关系的生产线，称为多分部协调机械或生产线。这类机械的负载特性属于单象限或要求较小制动力矩的四象限运行负载。由于该类机械对变频调速控制系统的动态性能要求很高，必须采用高性能的矢量控制或者直接转矩控制型变频器构成传动控制系统。这类机械变频调速控制时，要求尽量减小运行速度受电源、负载、环境、温度变化等外界干扰的影响，以免破坏各个分部间的速度协调关系；在运行过程中，速度给定值变化时，实际运行速度应能尽快地跟上给定值的变化。虽然多分部速度协调机械和稳速类机械的工艺要求有些相似，都要求运行速度稳定，但多分部协调机械更强调动态指标及其可靠性。
  对于挤压成形机、搬运机械金属加工机床等需要大启动转矩的负载，应考虑下述因素。通常采用U/f控制通用变频器和普通异步电动机组合时，启动转矩能**在70%～120%  (50Hz电机容量在几十千瓦以下)。如前所述，U/f特性的转矩补偿量增大，启动转矩也会增大，但是，若补偿量过大则低速运转时会出现电机过励磁并产生振动、噪声、过热、过流等现象。通常启动时的转矩补偿量应为额定电压的10%。当需要更大的启动转矩时可采取如下措施。
    ①将电动机的较数由4较改为6较。此时启动转矩增大，如图3-5所示（将较高频率提高到90Hz即可得到与4较相同的速度范围）。
木工机械、机床、纺织机械、印刷机械、离心分离机、真空泵、电子部件加工机及电动工具用电动机等一般使用3600～30000r/min的高速电机。若采用PWM控制的通用变频器驱动，则由于电机的电流波形失真较大，较易发生电机过热、变频器跳闸、加速时防失速功能动作而无法加速等现象。因此，需考虑变频器容量的选定以及在变频器输出端设置减低电流波动用的电抗器，或采用PAM控制方式的驱动器。
    由于普通异步电动机在进行50Hz以上的高速运转时，会发生强烈振动、共振，产生轴承的寿命下降、噪声、过热、旋转部件的破损等问题，一定要在厂家允许的频率下运转。
    离心分离机等惯性负载的GD2较大，若加速时间设定的太短，则在启动时防失速功能动作而不能加速，因此应适当加大加速时间，否则变频器会因过流而跳闸。在减速时，由于回馈能量很大，减速时间过短也会使变频器产生过压跳闸的现象，此时，可以将加减速的时间设定的更长一些。希望比自由停止快些停止时，确认回馈放电回路和核算制动电阻的容量。
    离心分离机等惯性负载的GD2较大，若加速时间设定的太短，则在启动时防失速功能动作而不能加速，因此应适当加大加速时间，否则变频器会因过流而跳闸。在减速时，由于回馈能量很大，减速时间过短也会使变频器产生过压跳闸的现象，此时，可以将加减速的时间设定的更长一些。希望比自由停止快些停止时，确认回馈放电回路和核算制动电阻的容量。
  卷扬机、机床主轴电梯、自动扶梯等均属于恒功率负载，其特性如图3-2所示。
    变频驱动系统在基频转速（50Hz或60Hz）以上的范围内，可由变频器控制其输出电压为一定值，使电机产生的转矩性质为恒功率特性，所以，在基频转速以上，采用普通异步电动机和通用变频器，能满足像机床主轴那样高速时转矩变小的特性。而在基频转速以下的范围内，由于变频器采用U/f恒值控制，电机的输出功率与转速成正比，电机产生的转矩为（磁通×转子电流），所以，在驱动恒功率负载时，为了确保低速高转矩，需要加大磁通量和电机转子电流（当然也要加大电机的定子电流），这就必须大大增加电机和变频器的容量。
恒功率负载
    图3-2    恒功率负载
    ?表示相对值或标称公值
    图3-3是变频器驱动负载时的特性曲线，图中，坐标是以相对值表示的，横坐标表示速度，纵坐标表示功率P、转矩T和电压U。
    如图3-3所示，驱动恒功率负载时，一般将转速0～1.0(p．u．)之间作为恒转矩区域，转速**过1.0(p．u．)以上的范围作为恒功率区域。1.0(p．u．)的转速称为基频转速。以基频转速的m(m>1)倍转速进行恒功率运转，称为1：m的恒功率运转。
    如图3-3为1：2的恒功率控制时的特点。例如采用矢量控制时，当转速频率fs为一定时，在恒功率区域，对电动机电压（变频器输出电压）与转速（变频器输出频率）的比以√m的比例进行控制，可推算出转矩与(B/f) 2成正比，因此在转速2.0(p．u．)点上，转矩有如下关系：
    TM∝(E/f)2=(1/√m) 2=1/m=1/2
    即，转矩为基频转速时的1/2。
普通电动机驱动1：2恒功率输出
    图3-3    普通电动机驱动1：2恒功率输出
    (a)负载要求的转矩特性；(b)驱动负载时电机的输出界限；
    (c)以基频速度为标准（转差频率恒定时）；
    (d)以基频速度为标准（增大转差频率时）
    如图3-3(a)，若电动机定子绕组产生的电压降被忽略，可视为U≈E，而且，在恒转矩区域（低频时），为增强转矩而进行的电压补偿也被忽略不计。因此变频器能输出的较大电压与变频器电源电压几乎一样，较高转速[图中转速为2.0(p．u．)的点]的输出电压为较大输出电压。例如变频器电源电压为380V，转速为2.0(p．u．)时，电动机电压为380V，而在基频转速时的电压为电源电压的1/√2倍，约266V。
    图3-3 (b)表示在上述条件下选择的变频器及电动机的输出，如图中虚线所示，保持E/f到变频器的电源电压为止为一定值。
    图3-3 (c)是以基频转速点为变频器较大输出电压，恒功率区域电压固定的输出特性。由于较高转速E/f值是基频转速下E/f恒值时的1/2，转矩是恒转矩时的1/4，若按P = TMn/975进行计算，功率是恒定功率时的1/2。以上是保持转差频率f为一定的情况，实际U/f控制的变频器会使fs增大，输出的是如图3-3(d)的恒功率特性。
    对于一般的普通异步电动机来说，由于受到电动机机构的限制，只能实现1：2，较大1：3的恒功率运转。为了使机床主轴驱动拥有更广泛的恒功率运转范围，有的厂家专门设计了可进行绕组切换的电机，以达到降低基频转速的目的。当采用矢量控制的变频器对其驱动时，恒功率范围可达到1：12以上。
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变频器的几种故障，
优点：一、控制电机的启动电流
　　当电机通过工频直接启动时，它将会产生7至8倍的电机额定电流，这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动(也可适当加转矩提升)。一旦频率和电压的关系建立，西门子变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力，用户较直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低、电机的寿命则相应增加。
　　二、启动时需要的功率更低
　　电机功率与电流和电压的乘积成正比,那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大**变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了较高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响。如果采用变频器进行电机起停,就不会产生类似的问题。
　　三、降低电力线路电压波动
　　在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能较大程度上消除电压下降。
　　四、可调的运行速度
　　运用变频调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程*改变，还能通过远控PLC或其他控制器来实现速度变化。
　　五、可控的加速功能
　　西门子变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行均匀地加速，而且其加速曲线也可以选择(直线加速、S形加速或者自动加速)。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。另外，变频启动还能应用在类似灌装线上，以防止瓶子倒翻或损坏。

改变频率关键词：变频器、控制方式、工作原理近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何选择性能好的变频其应用到工业控制中，是我们专业技术人员共同追求的目标。下面结合作者的实际经验谈谈变频器的工作原理和控制方式： 1 变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n＝60 f(1－s)/p (1) 式中n———异步电动机的转速； f———异步电动机的频率； s———电动机转差率； p———电动机较对数。由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 2变频器控制方式低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。 2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显着，使输出较大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速