1．高频运行时的电磁转矩

（1）高频运行的临界转矩

高频运行时临界转矩的计算公式十分复杂，也难以得到准确而简单的表达式。根据日本变频器提供的曲线推算，则临界转矩和频率之间的关系大致为：

TKX=TKN/kf1.4 （式2）

式中，TKX—频率为fX时的临界转矩（fX＞fN），Nm；

TKN—额定频率时的临界转矩，Nm；

kf—变频比，即运行频率与额定频率之比：

kf = fX/fN （式3）

式中，fX—运行频率，Hz；

fN —额定频率，Hz。

式（2）表明，异步电动机运行在额定频率以上时，其临界转矩将随频率的增加而减小。

例如，当工作频率为100Hz时，kf =2。则由式（2），得：

TKX=TKN/21.4 ≈TKN/2.64

=0.38 TKN

可见，这时的临界转矩只有50Hz时的38%。在图2中，曲线1是电动机的自然机械特性；曲线2是kf =2时的机械特性；曲线3是kf >1的临界转矩线；曲线4是kf >1的有效转矩线。

西门子变频器
 

（2）高频运行的有效转矩

所谓有效转矩，是指在非额定频率下，允许长时间运行的转矩，相当于非额定频率下的“额定转矩”，用TE表示。

一般认为，当异步电动机在额定频率以上运行时，其有效转矩具有恒功率的特点。即：

TEX=TMN/kf =TMN/kf （式4）

式中，TEX—频率为fX时的有效转矩（fX＞fN），Nm；

TMN—电动机的额定转矩，Nm。

就是说，额定频率以上的有效转矩是和变频比成反比的。

例如，当工作频率为100Hz时，kf =2。则由式（4），得：

TEX=TKN/2=0.5 TKN

（3）高频运行的过载能力

高频运行的主要影响是电动机的过载能力变差。仍以fX=100Hz（kf =2）为例，如上述，临界转矩为TKX= 0.38 TKN，而有效转矩为TEX= 0.5 TKN。

假设在fX=50Hz时的过载能力KT=2，则在fX=100Hz时的过载能力为：

KTX=KTN（TKX/ TEX）=2×（0.38 TKN/0.5 TKN）=1.52

可见，过载能力减小了许多。那么，能否正常运行呢？答案是肯定的，主要原因有：

（A）负载工况

高速运行时，负载一般不容易过载。以金属切削机床为例，高速切削都只有在精加工时进行，而精加工时，非但进刀量较小，一般也不大会过载。

（B）散热变好

高频运行时，电动机内部的风扇叶片的转速也同时增加，电动机的散热得到了很大的改善，电动机允许的“额定电流”可以增加。

（4）结论

由于上述原因，认为异步电动机在额定频率以上运行时，其有效转矩具有恒功率特点是可以成立的。
 

2．过载能力

电动机在运行过程中，只要其温升不超过允许值，短时间的过载运行是允许的。但过载是有限度的，这就是：负载的阻转矩必须小于电动机的临界转矩。因此，临界转矩和额定转矩之比，就称为过载能力：

KT=TK/TN （式1）

式中，KT—电动机的过载能力；

TK—异步电动机的临界转矩，Nm；

TN—电动机的额定转矩，Nm。

3．机械制约因素
 

以上是从电的角度考虑的结果，而电动机作为一台旋转的机器，还会在机械方面受到制约，主要的制约因素有：

（1）轴承的转速限制

电动机所用的轴承一般都是通用轴承，其最高转速约为4000r/min多一点。因此，如果是2极电动机，就不允许在100Hz下运行，允许的最高频率只有65Hz。

（2）动平衡

任何机械在高速运行时，都存在着动平衡的问题，电动机也不例外。所以，在生产电动机时，必须对转子做动平衡试验。异步电动机的动平衡试验一般在3000r/min的状态下进行。所以，当转速超过3000r/min时，就有可能出现动平衡方面的问题。

4 异步电动机的带负载能力

异步电动机的带负载能力由机械特性决定，异步电动机的机械特性曲线如图1所示，要点如下：

（1）临界转矩
 

异步电动机的机械特性有一个拐点，称为临界点，如图中的K点所示。临界点的转矩就称为临界转矩，用TK表示。临界转矩也是异步电动机所能产生的最大电磁转矩。

（2）额定转矩

所谓额定转矩，是指允许长时间连续运行的最大转矩。或者说，在此转矩下长时间连续运行时，电动机的温升将不超过允许值。额定转矩用TN表示，如图中之N点所示。西门子变频器