(9)
当r1被忽略时
(10)
则:
(11)
式中λ为电机过载能力，me为额定转矩。
me′∝u1′2/λ′2 f12 (12)
me′、u1′、λ′及f1′为变频后的相应值，因为同一台电机变频前后的过载能力相等，可得:
(13)
当恒功率调速时，
(14)
式中(n为电机极对数)。
上式可写成:
(15)
(16)
由上式可知，恒功率调速时，频率升高而电压升高相对小些，但变频调速系统受电机绝缘耐压的限制，定子电压在恒功率调速中始终维持不变，转矩减小转速上升，近似获得双曲线图象的一半(bc段)。
(4) cd段
速度转矩特性的cd段，它是调速过程中最高频率下电机自然机械特性的一部分。
综上所述，395-b电铲变频调速系统变频调速在额定转速以下保持气隙磁通φm恒定，以实现恒转矩调速和起动;在额定转速以上保持电源电压恒定，以实现近似的恒功率调速，如图4所示。从图4不难看出395-b电铲变频调速系统调速方案与传统的静态直流拖动方案:基速以上弱磁升速与基速以下调压调速颇有相似之处。
4 395-b电铲变频调速系统与静态直流拖动系统的速度转矩特性比较
4.1 电铲负荷对拖动系统的要求
电铲是负荷变化很大的机械，从生产工艺要求出发，拖动系统应该满足:
(1) 在正常工作范围内负荷增大时转速下降很小，保证设备具有较高的生产率;
(2) 当负荷超过容许值，如铲斗在清理岩石根部或大块矿石被卡住时，转速就迅速下降并自动限制堵转电流，保证机电设备不受损坏;当负荷减小时，电动机又能自动加速重新开始作业;
(3) 电铲的提升、推压和回转机构处于频繁的起制动和正反转，快速的过渡过程是不可缺少的;
(4) 电铲电气传动系统应能承受剧烈的振动。
4.2 变频调速系统与静态直流拖动系统的速度转矩特性对现场的适应
以395-b电铲为代表的变频调速系统和以ph-2300xp挖掘机为代表的静态直流拖动系统，近年来在国内外大型矿山的铲装作业实践中表明，两种系统均能满足现场要求，但性能优劣还是明显的。对照图2实线和虚线不难看出:
(1) 变频调速系统在低速和堵转条件下获得最大转矩，也就是ab段的恒转矩调速，提高了电铲重载起动的能力，缩短了起动时间，提高了劳动生产率。
(2) 变频调速系统的速度转矩曲线下的面积明显大于静态直流传动系统的速度转矩曲线下的面积。速度转矩曲线下的面积表征电铲的生产率。面积大意味着相同容量下发挥更大的有用力矩和铲斗的瞬时功率，提高了挖掘速度，缩短了铲装周期。
(3) 变频调速系统基速以上弱磁可以得到较宽的恒定功率范围，正常负载运行段一cd段的转速比同容量的静态直流传动的运行转速高得多，交流功率被充分利用，功率因数达到0.95左右(静态直流传动系统功率因数仅为0.85)。
(4) 静态直流传动系统的速度转矩特性，如下垂段转折，依赖于控制系统引入电流截止负反馈环节，增加了系统的复杂性。而变频调速系统的速度转矩特性ab段和cd段的转折，直接借助于频率／电压鉴定环节的pi运算放大器的饱和段，不需另加环节，减少了系统的模块。
综上所述，以395-b型电铲为代表的交流变频调速系统与静态直流传动系统的速度转矩特性比较，具有明显的优势，是当今世界电铲电气传动发展的方向。虽然我国目前挖掘机制造业还停留在机组供电的直流拖动系统和晶闸管供电的静态直流传动系统阶段，但是消化、研究电铲变频调速系统，将其移植到国产大中型挖掘机上，以求填补国内空扫，对于推动电铲电气传动技术的更新换代具有深远的意义。
5 395-b型电铲acutrol系统框图分析
根据siemens公司提供的有关资料，395-b型电铲变频调速系统的闭环控制框图如图5所示。该控制框图的设计思想是采用异步电动机有功电流的自适应调整和电压、频率对磁通的协调控制。既保证了变频调速在额定转速下的气隙磁通的恒定和在额定转速以上保持电源电压的恒定，又满足了现场对电动机有功电流动态变化的要求和晶闸管元件的过载保护。
图5中: 1—速度控制器;
2—有功电流控制器;
3—有功电流计算器;
4—转子频率计算器;
5—频率控制器;
6—频率／电压鉴定器;
7—具有辅助逻辑的触发脉冲发生器;
8—电流限制器;
9—pwm逆变器;
10—测速发电机;
r2q—转于电阻;
a—比例积分调节器;
b—加减速限幅器;
c—有功电流调节器;
d、f—积分调节器;
e—比例调节器。
从图5不难看出，变频调速系统是由速度、电流、频率三参数各自反馈的三闭环系统，速度环、电流环和频率环依次为外环、中环和内环。整个系统采用pwm变频调速技术。
(1) 速度环的组成与调节功能
为了保证异步电动机转速准确跟随给定值，运行中自动与负载转矩相适应，变频调速系统仿照直流传动系统常用的速度闭环控制方法。将速度环作为整个系统的外环，引入pi调节器(图5中a)和加减速限幅器(图5中b);其中比例积分器保证了速度的无差调节，加减速限幅器延了控制系统升降频率时逆变器输出频率的变化率，以避免电动机升降速时出现过大的冲击电流。
值得特别指出的是，速度环中还包含有电流限制回路(见图5)，该回路类似于直流传动控制中的电流截止负反馈环节，一旦电动机负载电流超过最大允许电流(如挖掘作业中的堵转状态)，电流限制回路将输出负反馈信号给加减速限幅器，依靠加减速限幅器的限幅作用并通过系统有关模块的调节，最终使具有辅助逻辑的触发脉冲发生器改变输出脉冲宽度和输出电压的频率，同时实现了调压调频，从而使定子电流限制在最大允许电流以内，保证了电动机的安全运行。
(2) 电流环及信号流向和调节功能
为了保证定子有功电流的调节精度和动态电流稳定，使电动机快速起制动和合理限流，变频调速系统也仿照直流传动系统常用的电流闭环控制方法，将电流环作为中环，引入有功电流调节器(图5中c)和积分调节器(图5中d)，其中有功电流调节器保证了定子有功电流的调节跟踪，积分调节器保证了系统在静态时具有较大的放大系数，系统的静态误差为零，动态时调节器放大系数大大降低，提高了系统的稳定性，防止了过大的超调。
该系统将速度调节器的输出iw作为有功电流调节器的给定，由定子三相电流通过有功电流计算器计算后的iw作为定子电流反馈信号送入有功电流控制器，两者偏差作为整个电流环的输入。
(3) 转子频率运算器的函数关系
由图5不难发现，转子频率f2可由转子电阻r2。与速度调节器的输出iw，经过转子频率运算器
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