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摘要：文中分析变频器调速系统在低频区域的特性，叙述了该系统在低频区存在的一些问题，针对其机械特性，提出了相应的改善措施。
关键词：低频特性系统分析改善措施。
1概述
由变频器构成的交流调速系统普遍存在的问题是，系统运行在低频区域时，其性能不够理想，主要表现在低频启动时启动转矩小，造成系统启动困难甚至无法启动。由于变频器的非线性产生的高次谐波，引起电动机的转距脉动及电动机发热，并且电动机运行噪声也加大。低频稳态运行时，受电网电压波动或系统负载的变化及变频器输出电压波形的奇变，将造成电动机的抖动。
2变频器低频机械特性
2.1低频启动特性
异步电动机改变定子频率F1，即可平滑地调节电动机的同步转速，但是随着F1的变化，电动机的机械特性也将发生改变，尤其是在低频区域，甚至不能带动负载。
2.2低频稳态特性
电动机稳态运行时的转距公式如下：
TL=3np（U1/W1）2SW1R2/{（SR1+R2）2+S2W2（LL1+LL2）2}
在角频率W1为额定时，R1可以忽略。而在低频时，R1已不能忽略，故在低频区时由于R1上的压降所占的比重增加，将无法维持M的恒定，特别是在电网电压变化和负载变化时，系统将出现抖动和爬行。
3变频器调速系统低频特性
3.1谐波分析
由变频器构成的调速系统，由于变频器的非线性，电动机定子中除了基波电流外，还有各次谐波电流，由于高次谐波的存在，使电动机损耗和感抗增大，减少了cosφ，从而影响输出转距，并将产生6倍于基波频率的脉动转距。
以电流波形中的5次、7次谐波来分析，在三相电动机定子电流中的5次谐波频率为F5=5F1（F1为基波电流频率），它在电动机气隙中产生空间负序的磁势和磁场，这个磁场的转速n51为基波电流所产生磁场的转速n11的5倍，并且沿着与基波磁场反的方向旋转，由于电动机转速一定，并假设接近n11，这样由5次谐波磁势在转子内感应出6倍于基波频率的转子电流，此电流与气隙基波磁势的合成作用产生6倍于基波频率的脉动转距。
3.2准方波方式下脉动转距的产生
分别设ψ1、ψ2为定子磁链及转子磁链的空间矢量，在稳态准方波（QSW）运行方式时（桥中晶闸管用1800电角脉冲触发）ψ1在输出周期内沿着正六边形的周边运动。ψ2沿着与六边形同心的圆周运动，在准方波运行方式下ψ1和ψ2运动是连续的，但它们且有重大的区别，当矢量ψ2以恒定定子电压角速度W1旋转时，矢量ψ1以恒定的线速度沿正六边形周边运行，矢量ψ1线速度恒定导致其角速度的变化，进而引起ψ1和ψ2的夹角δ变化，除此，当ψ1沿着六角形轨迹移动时其幅值在一定程度上也有变化。当电动机空载时，由于处于稳态ψ1与ψ2的夹角与转距T在W1t=0、π/6、π/3时为零，而当W1T≠0、π/6、π/3时，δ不为零，它与上面提到的ψ1幅值变化一起引起低频转距脉动，其频率为定子电压基波的6倍，当电动机带负载时对应于一个恒定的δ均值，低频转距脉动将叠加于恒定转距均值之上。
4系统低频特性改善措施
4.1启动转距的提升
由于系统在低频时R1上的压降影响，使系统的启动转距随W1下降而减小，为此变频器设有转距提升功能，该功能可以调整低频区域电动机的力矩，使之与负荷配合，增大启动转距。可选择自动转距提升和手动转距提升模式，其原理是提升定子电压也就相应提高了启动转距，但提升电压设置过高，将导致电流过大引起电动机饱和、过热或过电流跳闸。如1336PLUS系列变频器的转距提升功能，可自动调整提升电压，以产生所需的电压，可根据预定转距所需的电流来选择提升电压，转距提升在控制电流的同时使电动机处于最佳运行状态，在选择手动转距提升时，要结合实际情况来设定转距提升值。
4.2改善低频转距脉动
变频器构成的交流调速系统的低频转距脉动直接影响系统动态特性，不论是变频器的生产厂和系统集成的工程技术人员，都在尽力于改善低頻区脉动这一技术问题.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照调制正弦波和载波的交点来控制GTR的导通和关断，而是始终使异步电动机的磁通接近正弦波，旋转磁场的轨迹是圆形来决定GTR的导通规律。在很低的频率下，保证异步电动机在低速时旋转均匀，从而扩大了变频调速范围，抑制异步电动机的振动和噪声。其圆形旋转磁场的实现，是通过检测磁通使控制环节随时判断实际磁通超过误差范围与否，来改变GTR的工作模式，从而保证旋转磁场的轨迹呈圆形，以减少转距脉动。
4.3圆周PWM方法降低转距脉动
“圆周”的含义是指定子磁链ψ1空间矢量在高斯平面中沿着一个非常接近于圆周的多边形，其以降低电动机脉动转距为目的来确定电压脉冲的宽度和位置。PWM形式是一种斩波准方波调制，负载上的相电压由矩形段和零电压段（U1=0时）组成，在每个电压脉冲时刻，矢量ψ1以恒定线速度移动，而在零电压段保持静止，然而由于矢量ψ2以恒定角速度W1转动，ψ1和ψ2间的夹角δ就出现了，因此电压斩波是引起高频转距脉动的主要原因，频率与输出电压矩脉冲频率相同。这是由于PWM自身固有的，实际上高频转矩脉动是很难消除的，并叠加于低频转矩脉动之上。为消除系统的低频转矩脉动可从以下两种方式开展工作。
（1）在电压脉冲中间点的时刻，矢量ψ1、ψ2间的夹角δ在稳态运行时对于所有脉冲应保持恒定，消除由δ变化而产生的对低频转矩（频率为6F1）的影响，在空载情况下δ=0尽管ψ1的幅值变化，低频转矩脉动仍然将被完全消除。
（2）在恒定的负载时（δ-cost≠0）仅仅ψ1幅值的变化引起低频转矩脉动，而负载引起ψ2幅值的变化可以忽略，因此必须获得一个比较接近于圆周的ψ1矢量轨迹。
关键词：低频特性系统分析改善措施。
1概述
由变频器构成的交流调速系统普遍存在的问题是，系统运行在低频区域时，其性能不够理想，主要表现在低频启动时启动转矩小，造成系统启动困难甚至无法启动。由于变频器的非线性产生的高次谐波，引起电动机的转距脉动及电动机发热，并且电动机运行噪声也加大。低频稳态运行时，受电网电压波动或系统负载的变化及变频器输出电压波形的奇变，将造成电动机的抖动。
2变频器低频机械特性
2.1低频启动特性
异步电动机改变定子频率F1，即可平滑地调节电动机的同步转速，但是随着F1的变化，电动机的机械特性也将发生改变，尤其是在低频区域，甚至不能带动负载。
2.2低频稳态特性
电动机稳态运行时的转距公式如下：
TL=3np（U1/W1）2SW1R2/{（SR1+R2）2+S2W2（LL1+LL2）2}
在角频率W1为额定时，R1可以忽略。而在低频时，R1已不能忽略，故在低频区时由于R1上的压降所占的比重增加，将无法维持M的恒定，特别是在电网电压变化和负载变化时，系统将出现抖动和爬行。
3变频器调速系统低频特性
3.1谐波分析
由变频器构成的调速系统，由于变频器的非线性，电动机定子中除了基波电流外，还有各次谐波电流，由于高次谐波的存在，使电动机损耗和感抗增大，减少了cosφ，从而影响输出转距，并将产生6倍于基波频率的脉动转距。
以电流波形中的5次、7次谐波来分析，在三相电动机定子电流中的5次谐波频率为F5=5F1（F1为基波电流频率），它在电动机气隙中产生空间负序的磁势和磁场，这个磁场的转速n51为基波电流所产生磁场的转速n11的5倍，并且沿着与基波磁场反的方向旋转，由于电动机转速一定，并假设接近n11，这样由5次谐波磁势在转子内感应出6倍于基波频率的转子电流，此电流与气隙基波磁势的合成作用产生6倍于基波频率的脉动转距。
3.2准方波方式下脉动转距的产生
分别设ψ1、ψ2为定子磁链及转子磁链的空间矢量，在稳态准方波（QSW）运行方式时（桥中晶闸管用1800电角脉冲触发）ψ1在输出周期内沿着正六边形的周边运动。ψ2沿着与六边形同心的圆周运动，在准方波运行方式下ψ1和ψ2运动是连续的，但它们且有重大的区别，当矢量ψ2以恒定定子电压角速度W1旋转时，矢量ψ1以恒定的线速度沿正六边形周边运行，矢量ψ1线速度恒定导致其角速度的变化，进而引起ψ1和ψ2的夹角δ变化，除此，当ψ1沿着六角形轨迹移动时其幅值在一定程度上也有变化。当电动机空载时，由于处于稳态ψ1与ψ2的夹角与转距T在W1t=0、π/6、π/3时为零，而当W1T≠0、π/6、π/3时，δ不为零，它与上面提到的ψ1幅值变化一起引起低频转距脉动，其频率为定子电压基波的6倍，当电动机带负载时对应于一个恒定的δ均值，低频转距脉动将叠加于恒定转距均值之上。
4系统低频特性改善措施
4.1启动转距的提升
由于系统在低频时R1上的压降影响，使系统的启动转距随W1下降而减小，为此变频器设有转距提升功能，该功能可以调整低频区域电动机的力矩，使之与负荷配合，增大启动转距。可选择自动转距提升和手动转距提升模式，其原理是提升定子电压也就相应提高了启动转距，但提升电压设置过高，将导致电流过大引起电动机饱和、过热或过电流跳闸。如1336PLUS系列变频器的转距提升功能，可自动调整提升电压，以产生所需的电压，可根据预定转距所需的电流来选择提升电压，转距提升在控制电流的同时使电动机处于最佳运行状态，在选择手动转距提升时，要结合实际情况来设定转距提升值。
4.2改善低频转距脉动
变频器构成的交流调速系统的低频转距脉动直接影响系统动态特性，不论是变频器的生产厂和系统集成的工程技术人员，都在尽力于改善低頻区脉动这一技术问题.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照调制正弦波和载波的交点来控制GTR的导通和关断，而是始终使异步电动机的磁通接近正弦波，旋转磁场的轨迹是圆形来决定GTR的导通规律。在很低的频率下，保证异步电动机在低速时旋转均匀，从而扩大了变频调速范围，抑制异步电动机的振动和噪声。其圆形旋转磁场的实现，是通过检测磁通使控制环节随时判断实际磁通超过误差范围与否，来改变GTR的工作模式，从而保证旋转磁场的轨迹呈圆形，以减少转距脉动。
4.3圆周PWM方法降低转距脉动
“圆周”的含义是指定子磁链ψ1空间矢量在高斯平面中沿着一个非常接近于圆周的多边形，其以降低电动机脉动转距为目的来确定电压脉冲的宽度和位置。PWM形式是一种斩波准方波调制，负载上的相电压由矩形段和零电压段（U1=0时）组成，在每个电压脉冲时刻，矢量ψ1以恒定线速度移动，而在零电压段保持静止，然而由于矢量ψ2以恒定角速度W1转动，ψ1和ψ2间的夹角δ就出现了，因此电压斩波是引起高频转距脉动的主要原因，频率与输出电压矩脉冲频率相同。这是由于PWM自身固有的，实际上高频转矩脉动是很难消除的，并叠加于低频转矩脉动之上。为消除系统的低频转矩脉动可从以下两种方式开展工作。
（1）在电压脉冲中间点的时刻，矢量ψ1、ψ2间的夹角δ在稳态运行时对于所有脉冲应保持恒定，消除由δ变化而产生的对低频转矩（频率为6F1）的影响，在空载情况下δ=0尽管ψ1的幅值变化，低频转矩脉动仍然将被完全消除。
（2）在恒定的负载时（δ-cost≠0）仅仅ψ1幅值的变化引起低频转矩脉动，而负载引起ψ2幅值的变化可以忽略，因此必须获得一个比较接近于圆周的ψ1矢量轨迹。