电动机和负载的机械特性分析

要讨论的第一个问题，必须首先了解电动机和负载的转矩和转速之间的关系。机械特性就是用来描述这种关系的。

1.机械特性的概念 今以他励直流电动机拖动鼓风机为例加以说明。

在他励直流电动机里，电磁转矩与转速之间的关系是，转速降低→电枢绕组的反电动势减小→电枢电流增大→电磁转矩加大。

简言之，转速下降，将导致电磁转矩的增大。

在鼓风机里，叶片上的空气阻力所形成的阻转矩大体上与转速的二次方成正比，即

T_L≈K_Tn²_L

式中 K_T———比例常数；

n_L———鼓风机的转速。

即转速低时，叶片上的阻力甚小，而转速升高时，阻转矩将增加得很快。

在这里，不论是电动机的电磁转矩，还是负载的阻转矩，其大小都取决于转速，是转速的函数。

但在电力拖动系统中，人们的思考过程变成：负载的阻转矩增大→为了保持系统正常工作所需要的电动机的电磁转矩也增大→转速必然下降。

就是说，对应于某一个负载转矩值，可以决定电力拖动系统在某一转速下运行，转速成为转矩的函数：

n=f（T）

这就是电力拖动系统内机械特性的表达式。这里需要说明两点：(www.xing528.com)

（1）电力拖动系统中电动机的机械特性和电机学里电动机的转矩特性实际上是同一件事，只是函数和自变量的位置互相颠倒，互为反函数就是了。

（2）由于在稳态运行时，电磁转矩总是和负载的阻转矩（包括损耗转矩）相等的，所以在电力拖动系统内，习惯上常常把电动机机械特性的横坐标也说成是负载转矩的坐标。

2.电动机机械特性术语 以他励直流电动机为例，其机械特性如图1-2所示。曲线①是在额定情况下作出的，称为自然机械特性。图中：

T_M=0时，称为理想空载状态，对应的转速n₀称为理想空载转速。

T_M=T_M1时，n=n_M1。n_M1与n0之差为

Δ_n=n₀-n_M1 （1-2）

Δn称为转速降落。负载增加时，Δn增加较小的机械特性称为硬特性（曲线①）；反之，Δn增加较大的机械特性称为软特性（曲线②）。

当负载增加，转矩由T_M1增大至T_M′₁时，转速将由n_M1下降为n_M′₁。n_M′₁与n_M1的差值为

δn=n_M1-n_M′₁

δn称为转速变化。转速变化是在同一条机械特性曲线上由于负载变化而引起的。

图1-2 他励直流电动机的机械特性

3.电力拖动系统的稳态工作点 如图1-3所示，曲线①是他励直流电动机的机械特性；曲线②是鼓风机的机械特性。显然，两曲线的交点Q即为该电力拖动系统的稳态工作点。因为只有工作在这一点上，电动机的电磁转矩恰好与负载的阻转矩相等，满足式（1-1）的条件。这时，电力拖动系统的转速为n_M1。所以，电力拖动系统稳态运行的转速由电动机和负载的机械特性的交点来决定。