实践中将生产机械按负载转矩特性分为三种类型。
图3-27 生产机械负载转矩特性
(1)恒转矩负载:负载转矩 TL 与转速 n 无关、任何转速下 TL 恒定或基本恒定,负载功率随负载速度增高而线性增加。多数生产机械负载转矩具有恒转矩特性、但转速精度与动态性能等一般要求不高,如挤压机、搅拌机、传送带、厂内运输电车、吊车平移机构、吊车提升机构与提升机等,选型可选 U/f 控制变频器、最好采用具有恒转矩控制功能的变频器。起重机类负载启动时冲击很大、要求所选变频器留有余量;重物下放时有能量回馈、需配套制动单元或采用共用母线方式。变频器拖动恒转矩负载时,低速输出转矩要足够大、并有足够过载能力。对不均性负载(特性是负载时轻时重)应按重负载情况选容量,如轧钢机械、粉碎机械、搅拌机等。大惯性负载(如离心机、冲床、水泥厂旋转窑)惯性很大、启动时可能振荡、减速时有能量回馈,应用容量稍大变频器加快系统启动避免振荡、并配套制动单元消除再生能量。电动机长期低速转动的系统因发热量高、风扇冷却能力低,必须采用加大减速比或改 6 级电动机使电动机运转在较高频率附近。对低速时要求较硬机械特性与一定调速精度、动态性能无较高要求时,可选具有转矩控制功能的高功能型变频器实现恒转矩调速;对恒转矩负载驱动电动机采用通用标准电动机时应考虑低速下强迫通风冷却、避免高温时发热。
(2)恒功率负载:需求转矩 TL 与转速 n 成反比、转矩与转速乘积(功率)近似不变。金属切削机床主轴、轧机、造纸机、薄膜生产线卷取机与开卷机等属恒功率负载。恒功率性质针对一定速度变化范围而言,速度很低时受机械强度限制 TL 不能无限增大、低速下转为恒转矩性质。负载恒功率区与恒转矩区对传动方案选择影响很大:恒磁通调速时最大允许输出转矩不变属恒转矩调速,弱磁调速时最大允许输出转矩与速度成反比属恒功率调速;若电动机恒转矩与恒功率调速范围与负载相应范围匹配,则电动机与变频器容量均为最小。
(3)流体类负载:各种风机、水泵、油泵负载运行时,随叶轮转动空气或液体在一定速度范围内产生的阻力大致与速度 n 的二次方成正比,随转速减小、转矩按转速二次方减小。