转矩提升问题

转矩提升问题
变频器工作在低频区域时，电动机的激磁电压降低，出现了欠激磁。

为了要补偿电动机的欠激磁，几乎所有的变频器都设置了自动转短提升一功能，在电动机低速运行时使转矩增强(U／f特性增强)。

自动转矩提升包括二次方递减转矩负载、比例转矩负载和恒转矩负载等待性，无论是哪一种负载特性，若转矩提升值过大，低速区域内会发生过激状态，电动机可能会发热。

转矩提升功能是在变频器低频的情况下经常用到的一个参数，因为传统的V/F控制方式变频器的输出力矩和频率是成正比的，一般在低频的情况下似乎都不怎么够力，转矩提升功能实际上就是在低频的情况下提高变频器内部电压是电流增大提高输出力矩的一种方式。

在使用这个功能的时候不可以盲目的将转矩提升功能调的太大，太大会出现保护。

首先要记住一点，我们出厂设计的电机，都是按照在工频电压下（380V，50HZ）的给定下，所得到的额定转速值，如果我们在实际工况当中，没有达到380V，比如说只有300V,50HZ,那么这是一个欠压的情况，肯定是不能达到额定的转速
值，因为按照这个电机的设计，50HZ的频率下，一定要有380V的电压来励磁，如今没有在额定电压下，没有达到应有的磁场强度，磁通偏小，那么肯定会影响速度的，不能因为那个60f/p这个公式来看速度的变化。

又比如说在380V的40HZ的输入的情况下，根据公式E=K*F*Q，E 不变，f降低了，那么Q磁通变大了，这是一种过压的情况，过大的励磁，磁通在长时间下，会使电机发热并有可能烧毁的。

所以说磁通这个值不能过大，这个值是根据我们电机在设计的时候就决定了其承载磁通能力。

我们通常在恒转矩调速时（50HZ以下），此时的磁通为额定磁通，也称为满磁，如果电压/频率变大，则会超过这个磁通值，造成电机发热。

下面说恒转矩调速和恒功率调速
恒转矩调速，就是说让磁通保持一个不变的值，V/F=Q（磁通）是一个不变的值，为什么叫恒转矩调速，就是说负载的转矩是个定值，我们要求电机输出的转矩值也是个定值，看公式：T=K*I*Q，如今Q不变，那么电机输出转矩就和I成正比，因为Q这个值我们通过铭牌就可以计算出来的V(额定电压)/50HZ，所以在Q确定且
不变的情况下，我们线圈的额定电流（不论有无负载，最大通过电流）确定的情况下，该电机能输出的最大力矩也就能够确定（也就能确定电机能带动多大转矩的恒负载），所以我们电机的过流能力就体现了电机的过载（转矩）能力。

在恒转矩调速下，我们也只需要通过变频器向电机输送经过调制的一定频率的电压（这个比是磁通，是个定值），负载的转矩也是个定值，那么N一定，T一定，输入的功率P也就定了。

如果F增大，转速N增大，那么功率P也就变大了，因为转矩T是不会因为速度增大而变大的（这个也叫恒转矩负载，如传送带。

恒转矩负载的特点是负载转矩与转速无关，任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。

应用的场合比如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载）
还有一点，额定转速这个值是电机空转时所得到的值，这个值对于我们的意义来说，在达到额定电压的情况下，在达到额定功率的情况下，这个值越大，输出转矩就越小，这个就是恒功率调速的一个特点。

公式T=9550*P/N(额定转速)。

所以在F>50HZ的情况下，（这个时候已经输出
为最大功率了），我们在使N变大的时候，要注意T在变小，要避免T太小而小于负载转矩引起事故。

在恒功率调速时，我们是通过减小磁通来达到减小输出转矩从而提高速度的这样的过程来调速，所以这个也叫弱磁调速。

摘录一：
恒转矩负载的特点是负载转矩与转速无关，任何转速下转矩总保持恒定或基本恒定。

应用的场合比如传送带、搅拌机，挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载。

恒功率负载的特点是比如机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。

负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。

当速度很低时，受机械强度的限制，转矩不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。

负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有影响，电动机在恒磁通调速时，最大容许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大容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最小。

这一点从直流电机特性来理解更容易。

除了上述两类负载一般还有风机、泵类负载，他的特点是转矩和速度的2次方成正比。

随着转速的减小，转矩按转速的2次方减小。

这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。

摘录二：
恒功率在负载比较轻的场合为多用，恒转矩则多用在重负载。

摘录三：
恒功率调速是指电机低速时输出转矩大，高速时输出转矩小，即输出功率是恒定的；
恒转矩调速是指电机高速、低速时输出转矩一样大，即高速时输出功率大，低速时输出功率小。

总结四：
额定负载就是额定功率，带有额定负载的电机就是说负载的功率达到了电机额定功率，这个时候是恒功率调速。

12月11日增添内容：
对于上面所提到的恒转矩负载来讲，我们调速范围一般就定义在基本频率以下（一般50HZ）。

对50HZ以下的调速，一般是不能达到额定功率的。

比如说起重，在达到额定功率后，我们继续要求速度加大，那么输出力矩就会下降，那如何加速（因为加速的话要输出力矩大于负载力矩），所以这个命题是矛盾的。

在达到P/T（额定负载）的转速后，将不能继续增大转速了，否则将带不动负载。

这个不同于恒功率负载，恒功率负载是转速越快，所需的负载转矩是越小。

对于恒功率负载来讲，他的调速范围会经历两个区间。

在低速时，某个频率以下时，我们可以认为他是恒转矩调速，因为按照输出功率恒定来看，速度很低时，电机不可能输出一个无穷大的转矩，这个时候我们应该认为负载转矩应该是一个恒定值，即恒转矩性质，而输出功率来说也不会直接就为额定功率。

而当频率加大到某个频率以上时，输出为额定功率了，那么那个时候就为恒功率调速了。

在一次负载为进料泵电机的变频器带负荷试车过程中，变频器在起动过程中发生了过电流跳闸，笔者对此原因进行了分析，认为进料泵出料侧装有单向逆止阀、扬程高、料浆粘度大，造成了进料泵电机起动阻力较大，于是选择了转矩提升的方法，按泵类负载二次方转矩提升曲线设置了参数，解决了变频器起动时过电流跳闸的问题。

可是后来笔者又发现变频器并不是运行在最佳状态，它在低频段运行时相对电流较大，电机温升较高。

通过认真分析，认清了这个问题的真正本质，改用设定起动频率参数的方法，解决了变频器所需起动转矩的问题，即按进料泵的实际运行状况选用了较低的理想的转矩提升曲线，这样将变频器所需的起动转矩和实际工作中所需的运行状态曲线分别进行相应处理，两者相互间不再有任何牵连。

合理的参数设置使变频器运行在最佳状态，获得满意的效果。

从以上问题的处理过程来看，笔者认为有必要将变频的转矩提升
和起动频率两个参数进行认真的分析和比较，这对同行在变频器调试过程中对此类问题的处理和认识是有帮助的。

1、变频器转矩提升功能
(1) 设置转矩提升功能的原因
普通电动机采用的冷轧硅钢片铁芯,其导磁系数不是很高而且不是常数,正常情况下铁芯工作在其磁化曲线的附点以上至膝点附近的一段区域内,在这段区域内导磁系数最高,在工频电源下能满足电机的正常运行要求.采用变频器供电时可以在低频段运行,在低频段虽然电机所承受的最高电压同高频段一样,但电机电流却是很小(有时比电机在工频下的空载电流还要低),使得这种冷轧硅钢片铁芯工作在了磁化曲线的附点附近及以下，在这一段区域内铁芯的导磁系数相对较小。

电机绕组中电流产生的磁通在定子铁芯和转子铁芯中闭合的数量会相对减少，表现为对铁芯的磁化力不足,导致电机的电磁转矩严重下降,实际运行时将可能因电磁转矩不够或负载转矩相对较大而无法起动和在无法在低频段运行。

因此各种各样的变频器中均设置有相应的转矩提升功能，为不同的负载提供了不同的转矩特性曲
线，在不同的转矩提升曲线中为低频段设定了不同的转矩提升量，如富士5000g11s/p11s系列变频器就提供了38条不同状态下的转矩提升曲线。

在变频器调试时选择不同的转矩提升曲线可以实现对不同负载在低频段的补偿。

(2) 转矩提升曲线的选择
变频转矩提升曲线在调试时应按电机运行状态下的负载特性曲线进行选择,泵类、恒功率、恒转矩负载应在各自相应的转矩提升曲线中选择。

一般普通电机低频特性不好,如果工艺流程不需要在较低频状态下运行,应按工艺流程要求设置最低运行频率,避免电机在较低频状态下运行,如果工艺流程需要电机在较低频段运行,则应根据电机的实际负载特性认真选择合适的转矩提升曲线。

而是否选择了合适的转矩提升曲线，可以通过在调试中测量其电压、电流、频率、功率因数等参数来确定，在调试中应在整个调速范围内测定初步选定的的几条相近的转矩提升曲线下的各参数数值，首先看是否有超差，然后对比确定较理想的数值。

对转矩提升曲线下的于某一频率运行点来说，电压不足(欠补偿)或电压提升过高(过补偿)都会使电流增大，要选择合适的转
矩提升曲线，必须通过反复比较分析各种测定数据,才能找出真正符合工艺要求、使变频器驱动的电机能安全运行、功率因数又相对较高的转矩提升曲线。

2、变频器起动频率
起动频率的参数设置是为确保由变频器驱动的电机在起动时有足够的起动转矩,避免电机无法起动或在起动过程中过流跳闸。

在一般情况下，起动频率要根据变频器所驱动负载的特性及大小进行设置，在变频器过载能力允许的范围内既要避开低频欠激磁区域，保证足够的起动转矩，又不能将起动频率设置太高，在电机起动时造成较大的电流冲击甚至过流跳闸。

既要符合工艺要求，又要充分发挥变频器的潜力。

在设置起动频率时要相应设置起动频率的保持时间，使电动机起动时的转速能够在起动频率的保持时间内达到一定的数值后再开始随变频器输出频率的增加而加速，这样可以避免电机因加速过快而跳闸。

在一般情况下只要能合理设置起动频率和起动频率保持时间这两个参数即可满足电机的起动要求。

在实际调试过程中,常常有这样的情况,在电机起
动困难或电机在起动过程中过流跳闸时,采取的措施是重新设置在低频段有更大转矩提升的转矩提升曲线，甚至是将变频器的允许过载能力调大，来解决电机起动中存在的问题。

这样电机虽然能比较好的起动，但所选择的转矩提升曲线不能工作在相对最佳的状态，可能使电机运行在过激磁状态，从而使电机发热、无功损耗增加，功率因数降低;而调大变频器所允许的过载能力，则可能使变频器或电机失去应有的保护。

起动过程中存在的难起动或过流跳闸的问题应采用合理设置起动频率参数来解决，而正常运行中存在的过流或不正常发热的问题，可以通过合理设置起动频率参数来解决，这一点在变频器的调试中应区分清楚，对变频器的正常运行是很重要的。

3、结束语
对于起动转矩大的变频调速系统来说，应首先考虑设置合适的起动频率参数，然后再根据负载实际情况设置合理的转矩提升曲线，这样的设置能更好地使变频器运行在较优化的状态，对变频器的运行及节能均有好处。

在VVVF通用变频器组成的调速系统中，经常遇
到因转矩提升功能设定不当而造成起动失败的问题。

通用变频器一般都具有转矩提升功能，不同品牌产品的功能含义有所不同：如富士产品定义了转矩提升1和转矩提升2；美国A-B公司产品则定义了直流升压、起动升压、运行升压、运行/加速升压。

在转矩提升功能中，有许多提升模式供用户选择，同一厂家不同系列的产品，其出厂设定有所不同，如果系统调试时忽视了该参数的设定修改，当负载起动转矩较大时，将导致过流跳闸，造成起动失败。

1. 泵类负载因工艺条件变化引起的起动失败1999年1月，山铝第二铝厂管道化容出工程料浆泵系统试车，两台料浆泵选用固液两相流渣泵，配用90kW电机，额定电流164A。

选用富士FRN90P9S-4CE变频器，额定电流176A，供应商负责调试。

起动中约在12Hz时电机堵转，随后过流跳闸，起动失败数次，两台泵结果相同。

后来，调试者将电机过载值由164A增加到185A，电机完成起动。

笔者得知这一情况后，认为这种做法是错误的，由此造成了电动机过载保护缺陷（已超过变频器
额定电流）。

调出设定参数，知变频器功能码（LCD显示）07转矩提升1保持了出厂设定值0.1，转矩提升功能设定为强减转矩特性。

由于该系统工艺流程影响，出口存有初始压力，致使料浆泵起动力矩增大，造成电机起动失败，后调试者将转矩码提升码改为0.0，选择了自动转矩提升模式，电机起动正常。

2. 恒转矩负载应正确选择转矩提升曲线
山铝氧化铝厂引进德国贝尔公司的平盘过滤机，传动电机15kW，配用富士FRN22G9S变频器控制，国内设备配套商调试。

试车时因转矩提升设置过高发生过载保护动作（实际负载转矩较小），调试人员亦采取增大过载值（1.5倍）的方法完成起动。

后改为自动转矩提升设定后，变频器在起动过程中能够根据负载情况自动给出提升值，高质量地完成起动过程。

3. 转矩提升设定对特殊负载起动的重要性
山铝水泥厂4号水泥回转窖技术改造中，将f3.6m×6.5m水泥回转窖Z2-111、155kW直流电机改为Y315L2-8、110kW交流电机，选用美
国A-B公司1336S-B250HP变频器控制，试车时，水泥窖起动正常，但下料后停车再起动时，约在10Hz左右总是因电机堵转造成过流跳闸，最大电流高达530A。

调试人员分析认为，其原因是水泥窖带料起动时因物料堆积角大，起动时造成负载偏心，增大了回转窖的起动阻转矩所致，遂调整U/f在37Hz时输出额定电压，起动成功。

但完成起动后变频器进入恒功率运行，因电机磁通过大导致电机铁心饱和和发热，20Hz 时电流高达380A，无功电流约占80%。

为使电机正常运行，调试人员采取了水泥窖起动后将U/f调整复原的方法加以解决。

但是，因水泥窖工艺需要，经常临时停窖，反复调整U/f很不方便，为此，技术人员与某院校合作，提出了利用PC参与控制，设置9种起动频率组合，起动后利用按钮改变运行曲线的控制方案，以此满足回转窖变频调速的控制需要。

实际上，选用PC参与控制的方案，是很不经济的，笔者认为，转窖起动后，正常运行负荷只有30%，只要在1/3基频以下的低速区间设置足够的转矩提升，在其他频率段基本保持恒转矩下U/f曲线的斜率，是能够圆满完成回转窖调速控
制的。

后经了解，水泥厂的技术人员在4号窖运行2个月后，通过反复试验调整转矩提升参数，顺利地解决了这一问题。

目前，系统已正常运行了半年，控制简单，节能显著。

由于不同负载的起动情况各异，在设定转矩提升时，应事先分析起动过程特点，利用监视器显示起动电流，边调节、边确认，一般在满足起动要求的情况下，提升值越小越好，这样做可减小电机损耗以及对系统的冲击或避免造成过流保护。

在vvvf通用变频器组成的调速系统中，经常遇到因转矩提升功能设定不当而造成起动失败的问题。

通用变频器一般都具有转矩提升功能，不同品牌产品的功能含义有所不同：如富士产品定义了转矩提升1和转矩提升2；美国a-b公司产品则定义了直流升压、起动升压、运行升压、运行/加速升压。

在转矩提升功能中，有许多提升模式供用户选择，同一厂家不同系列的产品，其出厂设定有所不同，如果系统调试时忽视了该参数的设定修改，当负载起动转矩较大时，将导致过流跳闸，造成起动失败。

1. 泵类负载因工艺条件变化引起的起动失败
1999年1月，山铝第二铝厂管道化容出工程料浆泵系统试车，两台料浆泵选用固液两相流渣泵，配用90kw电机，额定电流164a。

选用富士frn90p9s-4ce变频器，额定电流176a，供应商负责调试。

起动中约在12hz时电机堵转，随后过流跳闸，起动失败数次，两台泵结果相同。

后来，调试者将电机过载值由164a增加到185a，电机完成起动。

认为这种做法是错误的，由此造成了电动机过载保护缺陷（已超过变频器额定电流）。

调出设定参数，知变频器功能码（lcd显示）07转矩提升1保持了出厂设定值0.1，转矩提升功能设定为强减转矩特性。

由于该系统工艺流程影响，出口存有初始压力，致使料浆泵起动力矩增大，造成电机起动失败，后调试者将转矩码提升码改为0.0，选择了自动转矩提升模式，电机起动正常。

2. 恒转矩负载应正确选择转矩提升曲线
山铝氧化铝厂引进德国贝尔公司的平盘过滤机，传动电机15kw，配用富士frn22g9s变频器控制，国内设备配套商调试。

试车时因转矩提升设置过高发生过载保护动作（实际负载转矩较小），调试人员亦采取增大过载值（1.5倍）的方法完成起动。

后改为自动转矩提升设定后，变频器在起动过程中能够根据负载情况自动给出提升值，高质量地完成起动过程。

3. 转矩提升设定对特殊负载起动的重要性
山铝水泥厂4号水泥回转窖技术改造中，将f3.6m×6.5m水泥回转窖z2-111、155kw直流电机改为y315l2-8、110kw交流电机，选用美国a-b公司1336s-b250hp变频器控制，试车时，水泥窖起动正常，但下料后停车再起动时，约在10hz左右总是因电机堵转造成过流跳闸，最大电流高达530a。

调试人员分析认为，其原因是水泥窖带料起动时因物料堆积角大，起动时造成负载偏心，增大了回转窖的起动阻转矩所致，遂调整u/f在37hz时输出额定电压，起动成功。

但完成起动后变频器进入恒功率运
行，因电机磁通过大导致电机铁心饱和和发热，20hz时电流高达380a，无功电流约占80%。

为使电机正常运行，调试人员采取了水泥窖起动后将u/f调整复原的方法加以解决。

但是，因水泥窖工艺需要，经常临时停窖，反复调整u/f很不方便，为此，技术人员与某院校合作，提出了利用pc参与控制，设置9种起动频率组合，起动后利用按钮改变运行曲线的控制方案，以此满足回转窖变频调速的控制需要。

实际上，选用pc参与控制的方案，是很不经济的，笔者认为，转窖起动后，正常运行负荷只有30%，只要在1/3基频以下的低速区间设置足够的转矩提升，在其他频率段基本保持恒转矩下u/f曲线的斜率，是能够圆满完成回转窖调速控制的。

后经了解，水泥厂的技术人员在4号窖运行2个月后，通过反复试验调整转矩提升参数，顺利地解决了这一问题。

目前，系统已正常运行了半年，控制简单，节能显著。

由于不同负载的起动情况各异，在设定转矩提升时，应事先分析起动过程特点，利用监视器显示起动电流，边调节、边确认，一般在满足起动要求的情况下，提升值越小越好，这样做可减小电机损耗以及对系统的冲击或避免造成过流保护。