2.4 拖动负载须有劲
2.4.1电机特性应知晓
电动机的带负载能力主要体现在其机械特性上。所谓机械特性，是在某一转速下，电动机所能产生的电磁转矩的大小。
电动机在没有人为地改变其参数时的机械特性，称为自然机械特性。异步电动机的自然机械特性及其能量图如图2-23所示。由图可知，转速下降时，由于转差增大，转子绕组切割旋转磁场的速度也增大，转子电流和电磁转矩也都随之增大。
图2-23 电动机的自然机械特性
自然机械特性的主要特征可由三个点来描述:
(1) 理想空载点
电动机输出轴上的转矩为0，称为理想空载。这时，电动机的转速可以达到同步转速(旋转磁 场的转速)n0。所以，理想空载点的坐标是:
(0，n0)
(2) 起动点
电动机刚接通电源，但转速仍为0时称为起动点，这时的转矩称为起动转矩ts，也叫堵转转矩。因此，起动点的坐标是:
(ts，0)
通常，异步电动机的起动转矩应大于额定转矩的1.5倍:
ts≥1.5tmn
(3) 临界点
异步电动机的机械特性有一个拐点k。在这一点，电动机所能产生的电磁转矩最大，称为临界转矩，用tk表示，k点称为临界点。与此对应的转速称为临界转速nk，相应地，有临界转差δnk和临界转差率sk。所以，临界点的坐标是:
(tk，nk)
临界转矩与额定转矩之比就是异步电动机的过载能力。通常，过载能力应大于2:
tk≥2.0tmn
(4) 人工机械特性
电动机在人为地改变了某个参数后所得到的机械特性，称为人工机械特性。就异步电动机而言，常见的有:
改变定子电压
异步电动机在改变定子电压后，其机械特性的特点如图2-24(a)中之曲线②(曲线①是自然机械特性)所示:
图2-24 异步电动机的人工机械特性
a) 临界转矩减小为tk′;
b) 临界转速nk不变。
改变转子回路的电阻
这是绕线转子异步电动机的调速方法。当转子回路的电阻增大后，其机械特性的特点如图2-24(b)中之曲线③所示:
a) 临界转矩tk不变;
b) 临界转速下降为nk′。
2.4.2 转矩补偿仔细瞧
(1) 补偿正好
在第一讲曾经提到，电动机在低频时的转矩可以通过提高调节电压与频率的比值(u/f比)来提高。在变频器中，这种方法称为v/f控制法。这种功能称为转矩补偿功能，或转矩提升功能。
如图2-25，假设在低频运行时负载较重，如图2-25(a)所示。这时:电动机的电流等于额定电流 imn，定子电路中的阻抗压降δux与额定状态时相等:
图2-25 补偿正好时的磁通
δux＝δun
如果电压的补偿量δu恰到好处，则可使反电动势与频率之比与额定状态时相等:
从而使铁心内的磁通量也等于额定值:
φx′＝φn
电动机的运行将十分正常。
(2) 补偿过分
如果工作频率不变，电压的补偿量也不变，但负载减轻了，如图2-26(a)所示。
图2-26 补偿过分时的磁通
则:
电动机的电流必将减小:
imx＜imn
定子绕组的阻抗压降也同时减小:
δux＜δun
其结果是，反电动势ex″在外加电压ux′中所占的比例增大，反电动势与频率之比也增大:
从而使铁心内的磁通量将超过额定值:
φx″＞φn
结果是，电动机的磁路饱和，励磁电流的波形发生畸变，其峰值有可能超过电动机允许的上限值，使电动机发热甚至烧毁。
(3) 补偿过分时的电流－转矩曲线
在电压和频率都不变的常规情况下，人们习惯于“负载越大、电流也越大”的规律。这是因 为作为传递能量的中间环节─磁通的变化极小的缘故。
但在变频调速系统中，一个十分突出的问题，就是磁路系统工况的不稳定。如第一讲中所分析的:改变频率时，电动机定、转子之间的能量关系容易失衡，磁路容易饱和，并使励磁电流发生畸变的情形。具体分析如下:
假设电动机在工作频率为fx(＜fn)时带动某变动负载，负载的最大转矩接近于电动机的额定转矩(tl≈tmn)，为了在频率较低时也能带动负载，在v/f控制方式下进行了转矩补偿，选定了u/f比(ku＞kf)。
要讨论的问题是:当负载由空载逐渐增大的过程中，电流的变化规律如何(电动机的工作频率fx不变)。作为讨论的基础，我们假定:在所选的u/f比下，电动机刚好能克服负载最重时的阻转矩。就是说，在负载最重的情况下，电动机的定子电流不超过额定值。这意味着，在负载最重的情况下，输入功率与输出功率正好平衡。
1) 空载时的电动机电流
