变频电机2：维度的提升

上一篇文章提到变频器的使用可彻底以改变电机的转速-转矩输出特性。除了同燃油发动机使用涡轮增压技术一般获得较为宽广的恒转矩输出“平台”以外；变频器给电机带来另一大变化就是提升运行状态的维度：从点与线到面

工频供电电机的运行状态：点与线

没有对比就没有伤害；那要造成伤害，自然要从对比开始...既然我们打算讨论引入变频器前后带来的变化，那么我们自然地要先看一看电机在工频供电情况下的转速和转矩特性是什么样子的：

DOL-TS curve

上图是鼠笼转子感应电机的转矩随速度的变化曲线，每台电机在一个供电电压和频率下，曲线的形态都是固定的。也就是说，电机可能的运行点都在这条曲线上分布。而实际可以使用的仅仅是红框中的部分，这一区间内转矩（Y轴）相对转速（X轴）的导数为负数，即自控原理中的系统稳定状态。（举例：负载转矩因波动增加，超过电机输出使转速下降；电机转速下降使得输出转矩增加，同负载平衡稳定在新的工作转速。负载转矩波动消失下降到原有水平分析过程类似。）

上述的运行范围大致为电机同步转速-3%范围内，因此并不具备主动调速的能力。仅仅是被动的根据负载波动变化。同步机在转矩波动的过程中只是负载角发生变化，并不会表现出转速的变化。因此，称之为点与线毫不夸张。

变频电机的运行状态：面的覆盖

上一篇文章中提到了引入变频器，通过控制供电频率可以使得我们获得一组转矩随速度的变化曲线在同一象限内平移的结果。如下图所示：

VSD-TS Curve

目前的频率控制精度可以绵密到足够让我们通过平移感应电机那3%可以稳定运行以覆盖整个转速范围（0rpm到50Hz的同步速甚至更高转速）范围的一个平面。即下图蓝线及其以下部分：

VSD-Characteristics

当然还有其他一些因素会限制电机的运行点范围使得它无法达到上图中展示的区域（以后的文章会展开）不过相比工频供电下那可怜的3%被动的“变速”范围。变频器所带来的运行灵活性，真的可以称作是维度上的提升了：由线（点）到面的变化。

这一变化给使用带来的灵活性也是不言而喻的。如果以一个比喻被本文结尾的话，我会说：变频器把电机由一辆家用车变成了越野车。