2013年1月BETVICTOR体育官网泵和系统列重点讨论了变频驱动器(VFD)降低频率时电机马力(HP)的降低。我有几个要求重新讨论这个主题，并解释在广泛的频率范围内HP和扭矩之间的关系。
马力-转矩关系
由电动机产生的HP和扭矩之间的关系可能有点令人费解。当电机由变频器控制时，可能会令人困惑。
在线性环境中，功是作用在物体上的力和物体由于这个力而移动的距离的乘积:
W = fd
在旋转环境中，扭矩相当于功，但它的值稍微复杂一些。扭矩等于施加的力，它与旋转轴的距离(半径)和施加力的角度(θ):
T = f(r sin θ)
在美国，扭矩的单位是磅英尺(lb-ft)。当我在学校的时候，它是英尺磅(ft-lbs)，我仍然使用旧的值。扭矩表示做了多少功，但它没有显示完成功的速度有多快。
功率是扭矩(功)被执行的速率:
P = t/时间
在美国，我们用惠普作为权力单位。下面两个方程显示了电机转速变化时HP和转矩的关系。常数5252是詹姆斯·瓦特(James Watt)的原始测试数据(33000)除以2 π (π)的结果。
马力= (t x rpm) / 5,252
t = (HP x 5,252) / rpm
根据这种关系，当速度降低一半时，如果HP保持不变，扭矩必须翻倍。为了在较低的速度下产生相同的HP，电机每次旋转必须做两倍的功，这需要两倍的扭矩。这就是为什么900转/分的电机的轴和框架通常比1800转/分的相同马力的电机大。
VFD的介绍
当交流电机的速度由变频器控制时，HP或扭矩将根据频率的变化而变化。图1提供了这些更改的图形说明。X轴是从0到120赫兹的电机速度。Y轴是HP和扭矩的百分比。在60赫兹(基本电机转速)时，HP和扭矩均为100%。当VFD降低频率和电机转速时，它也会降低电压以保持伏特/赫兹比恒定。扭矩保持在100%，但HP与速度的变化成正比。
在30赫兹时，HP仅为60赫兹HP的50%。发生这种情况的原因是由于每单位时间产生的总扭矩也减少了50%，因为较少的电机旋转。你可以用HP和扭矩方程来验证这种关系。
图1。HP和扭矩随不同频率变化
当VFD将频率增加到60赫兹以上时，HP和扭矩就会完全翻转。HP保持在100%，扭矩随着频率的增加而减小。转矩减小是因为电机阻抗随频率增加而增加。由于VFD不能将电压增加到其电源电压以上，电流随着频率的增加而减小，从而降低了可用转矩。
从理论上讲，扭矩是由基本速度与较高速度(60赫兹/ 90赫兹= 67%)的比率降低的。在实际应用中，其他因素会使实际可用扭矩大大低于图1所示的理论值。这些包括增加轴承摩擦，增加风扇负荷和额外的转子风力。当运行速度超过60赫兹时，电机的满载转矩必须降额。典型的制造商降额指南建议使用基频与最大频比，以达到90赫兹的速度。在速度超过90赫兹时，通常使用比值的平方。
最终用户在操作高于其基本转速的电机前应与制造商检查。转子平衡，轴承寿命和临界速度是典型的问题。高品质，1800转/分和1200转/分电机最高200马力应该能够处理高达两倍的基本速度没有问题。超过50马力的3600转/分电机通常不允许超速。美国电气制造商协会(NEMA) MG1提供了一些制造商必须遵守的超速指南。
你曾经犯过在460伏电压下运行230伏电机的错误吗?如果是这样，你可能会注意到房间里有很多烟。然而，在某些应用中，这确实是可行的。在高于基本速度下提供恒定扭矩的一种新方法是在460伏VFD上运行230伏电机。在这些应用中，驱动器被编程为在120赫兹时提供全电压，然后随着速度的降低成比例地降低电压。在90赫兹时，输出电压为345伏，在60赫兹时，输出电压为电机铭牌电压(230伏)。在整个速度范围内，伏特/赫兹比保持在恒定的3.83。