0 引言
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387534.htm時至今日，知道變頻調速的人已經相當的普遍了。大多數人一提起變頻調速，總是能和節能掛起鉤來。近年來，儘管我國在能源開發方面進展迅速，但還是跟不上需求的增長，節能問題始終處於相當突出的位置。
變頻調速之所以節能，主要在於把全速運行中浪費的電能節約了下來。尤其是閉環調速系統，如恆壓供水系統等，實現了按需拖動，幾乎完全消除了拖動系統在運行過程中的浪費。這是從大的方面實現了節能，但並不等於節能潛力已經挖掘乾淨了。事實上，在許多場合，還存在著大馬拉小車的現象，在這一方面，還大有潛力。本文專就大馬拉小車的節能技巧問題作一探討。
1 大馬拉小車的基本分析
當負載所需的功率遠小於電動機的額定功率，或者負載折算到電動機軸上的轉矩遠小於電動機的額定轉矩時，通常稱之為大馬拉小車。
1.1 大馬拉小車時的反電動勢
電動機定子側的電動勢平衡方程
1.2 大馬拉小車時的磁通
1.3 大馬拉小車時的勵磁電流
1.4 大馬拉小車存在的問題
1.4.1 功率因數變差
電動機的電流平衡方程是
圖2所示，是粗略的電流矢量圖。圖2(a)是額定狀態時的情形。
輕載時，轉子的折算電流小了，而勵磁電流大了。結果，合成為定子電流後，和電壓的相位差角增大了，而功率因數則變小了，如圖2(b)所示。
1.4.2 效率降低
磁通的增加，將增大鐵心的磁滯損失和渦流損失，使損耗功率的相對值增大，效率降低。
1.5 大馬拉小車的界定
有關資料表明，異步電動機的最高效率發生在負荷率為0.7～0.85 的時候，其效率曲線如圖3 所示，圖中的橫坐標是電動機的負荷率，其計算式為
2 變頻器的節能技巧
由以上分析，大馬拉小車的結果，首先反映在反電動勢增大。顯然，如果適當減小電源電壓，反電動勢就可以隨之減小。由式(4)，磁通就可以恢復到接
近於額定值。
因此，大馬拉小車節能的基本途徑，便是適當降低電壓。而在應用變頻器的場合，節能的方法更是靈活多樣。
2.1 工作頻率為50 Hz時的節能方法
圖4(a)所示，是大馬拉小車的典型例子：當運行頻率為50 Hz時，電動機的額定容量是110 kW，而負載實際所需功率只有70 kW。
針對這種情況，降低電壓的方法是加大基本頻率。如圖4(b)所示，如把基本頻率加大為60 Hz，則60 Hz對應於額定電壓380 V，而在50 Hz 時得到的電壓只有317 V。
2.2 低頻運行時的節能方法
二次方負載在低速運行時，極易出現大馬拉小車的狀態。如圖5 所示，曲線①是負載的機械特性，曲線②是電動機的自然機械特性，額定轉矩為TMN。在全速運行時，負載轉矩等於TLN，與電動機的額定轉矩十分接近。曲線③是電動機在低頻運行時的機械特性，有效轉矩為TEA，而負載轉矩為TLD，比電動機的有效轉矩小得多，所以電動機處於大馬拉小車的狀態。
針對上述現象，節能的基本方法如下所述。
2.2.1 預置低勵磁U/f比
各種變頻器都設置了低勵磁U/f比功能。即在低頻運行時，減小U/f比，使U/f線如圖5(b)中的曲線④′(曲線④為基本U/f線)所示，曲線④′通常稱為低勵磁U/f線。由圖知，當頻率為fA時，電壓從UA下降為UA′。這時，電動機的磁通比額定磁通還要小，從而降低了有效轉矩，使之更接近於負載轉矩。
降低電壓後的機械特性如圖5 (a)中的曲線③′所示，電動機的有效轉矩減小為TEA′，和負載轉矩TLD之間的差距減小了，從而緩解了「大馬拉小車」的問題。
2.2.2 自動搜索最佳工作點
變頻器可以任意預置U/f比的特點，相當於在某一頻率下，可以任意改變其工作電壓。在任意改變其工作電壓時，電流的變化規律就是電動機的電流-電壓曲線，如圖6 所示。
當電壓偏低時，雖然磁通減小，但是勵磁電流卻變化不大;
另一方面，因為電動機電磁轉矩的大小取決於轉子電流和磁通的乘積，即
反之，當電壓偏高時，一方面，由於磁通的增大，轉子電流略有減小;另一方面，電動機的磁路趨向飽和，結果是勵磁電流大幅度增加，在合成為定子電流
時，也使定子電流增加，如圖6(a)中的A″點所示。
綜合上述，得到完整的電流- 電壓曲線如圖6(a)所示。圖中的A 點稱為最佳工作點。
當負載增大時，電動機的電流和所需電壓都將增大，最佳工作點向右上方移動，電流- 電壓曲線也將隨之移動，如圖6(b)中的曲線②和曲線③所示。相應的最佳工作點如B 點和C 點所示。
某些變頻器具有自動搜索最佳工作點的功能，可以在任何狀態下，使運行電流為最小值，從而得到比較理想的節能效果。
3 隱形的大馬拉小車現象
3.1 上限頻率太低
有的用戶主要利用變頻器來降速，上限頻率往往預置得很低。這實際上也是一種大馬拉小車。
因為當上限頻率低於基本頻率時，電動機的有效輸出功率是要減小的。
圖7所示，是一個上限頻率只有30 Hz 的實例。
電動機的額定容量為75 kW，但當運行在30 Hz時，其有效功率為
3.2 機械調速帶恆轉矩負載
機械調速大多採用齒輪箱，也有機械的無級調速器。由於驅動電動機的功率是恆定的，根據能量守恆的原理，調速器輸出軸的功率也是恆定的。所以，機械調速器輸出軸的機械特性具有恆功率特點，即高速時轉矩小、低速時轉矩大，如圖8(b)中的曲線②所示。
如果用機械調速器來拖動恆轉矩負載，負載的機械特性如圖8(b)中的曲線①所示。