变频电机的负载曲线核对

1.问题导入

月初偶然接触到一个很奇怪的现象，一款变频电机在各个档位下的输入线电流，如果负载不变，无论怎样切换变频器输出频率，电流会保持近乎恒定。这个特性让我感觉很好奇。直觉的理解，因为频率变化，而电机的转差率是有上限的，最高不会超过10%这个量级。所以，相当于如果负载不变，则相当于电机功率在频率切换时，会随频率线性变化，这个变化一定会反应到电流上，对吧？但是不是。现在想看看这是这台变频器的特异现象，还是所有变频器的共同现象。

我们会先定性，然后定量进行解算。

2.依照电路模型的初步核对

三相电机的传统电学模型，大多数教科书里都会提到。它是一个T型电路。因为三相电，理想情况下是完全对称的，所以，这个问题会转变为一个近乎于互感效应：

此时， I2回路的电感称为互感抗，I0回路被用来维持定子线圈的主磁通。

2.1 变频器的V/F控制模式

在传统的V/F变频控制模式下，仅以电压角度考虑I0分支的电压降，因为这个回路的阻抗可以被表征为：

r0 + iL0*freq

如果外界电压U1与输入电源频率freq保持线性关系升降。同时因为r0与感抗相较更小，所以，此时总体的电压和阻抗之间就能够保持一个相对的线性关系即：

U1/(iL0*freq)，此时空载电流就能在频率变化时近乎不变。

为什么变频器的V/F控制模式，要让空载电流不变？是因为此时，如果电流的变化不变，电流的变化产生磁通，那么定子回路的磁通量以及变化就不变，然后就是整个回路的磁场特性近乎恒定。这一种复杂问题降维处理的考量。因为我们知道，电机的输入参数中电压，电流，频率和功率因数都可能发生变化。电机在进行控制时，需要实时解算，能够稳定住一个变量或者中间变量，能够大大降低解算的复杂度。

2.2 V/F控制模式下的输出功率与频率的变化的定性分析

现在我们看看既有的V/F控制模式能否实现我们所观测到的现象。毕竟，现在的变频器控制越来越先进，有能够实时进行幅角控制的新的算法出现。

好的，现在假定当前电机输入从50Hz降至10Hz。

此时电压应该从380V，同样线性减小5倍。即，此时的电压为：380/5 = 76V

我们现在假定负载在380V已经达到了额定功率，套用一台电机的参数：

电机参数解析-CSDN博客 ​​​​​​​ 

我们取0.75KW那台电机，此时：50Hz下，它的电路参数会严格依照电机参数表，相应的电压是：380V，电流为额定电流1.72A，功率因数是0.82，然后效率是80.7%。在那篇文章中，我们能够看到匹配关系：

输出功率 = sqrt（3） *　电压　×　电流　×　功率因数　×　效率。

现在电源频率降低至1/5。磁场特性除了转速下降，其他完全相同，所以此时的机械功率会减少到原来的1/5。因为转速降低。此时的输入电流会是多少？会维持恒定吗？

T型等效电路的空载臂电流是不变的。在V/F保持相对恒定的速度变化时。而互感臂呢？似乎与空载电流那条臂是相同的？不对，但是，如果只考虑电压臂，此时，电压线性减少至1/5，落在电阻臂上的输出功率会同样减少至原来的1/5，而互感臂的电机内阻可忽略，即使不忽略，此时机械功率的载体，r2回路的等效电阻两端的电压减少到之前的1/5，所以，似乎U2/R会降低至原来的1/25
，对吧？但是因为频率已经降低至1/5，所以，等效电阻应该缩小至原来的1/5。所以，U2/R = （(1/5)U额定）*（(1/5)U额定）/(1/5)R额定负载等效地电阻。 = 1/5额定机械输出功率。

2.3 V/F控制模式下 负载变化时输入电流变化，定性分析

现在假定负载的力矩增大由额定输出功率增大20%。要看同一变频器档位电流的变化。

<待续...总字数大概3000字，代码和配图不计算在内.>