人为机械特性优化方案

在有些情况下，要根据需要将式（6-18）中U、Rs、Φ三个参数中，保持其中两个参数不变，人为地改变另一个参数，从而得到不同的机械特性，使机械特性满足不同的工作要求。这样获得的机械特性，称为人为机械特性。直流他励电动机的人为机械特性有以下三种。

1.电枢串接电阻时的人为机械特性

如图6-4所示，电枢回路串接电阻Rs≠0，总电阻R=ra+Rs。电源电压U=UN，磁通Φ=ΦN，此时的人为机械特性方程式可根据式（6-18）得到为

图6-6　直流他励电动机的固有机械特性及电枢串接电阻时的人为机械特性

1—固有机械特性；2、3—电枢串接电阻为Rs1、Rs2时的人为机械特性

其机械特性如图6-6所示。

与固有机械特性相比，电枢串接电阻时的人为机械特性具有如下一些特点：

（1）理想控制转速与固有特性时相同，且不随串接电阻的变化而变化。

（2）随着串接电阻的加大，特性的斜率加大，转速降落也加大，特性变软，稳定性变差。

（3）机械特性由纵坐标于一点（n=n0）但具有不同斜率的射线族所组成。

（4）串入的附加电阻越大，电枢电流流过Rs所产生的损耗就越大。

2.改变电源电压时的人为机械特性

此时电枢回路附加电阻Rs=0，磁通Φ=ΦN。改变电源电压，一般是由额定电压向下改变。

由式（6-18），得出此时的人为机械特性方程为

其机械特性如图6-7所示。

图6-7　直流他励电动机改变电源电压时的人为机械特性(www.xing528.com)

1—U=UN时；2、3—U=U1及U2时

与固有机械特性相比，当电源电压降低时，其机械特性的特点为：

（1）特性斜率不变，转速降落不变，但理想空载转速降低。

（2）机械特性由一组平行线所组成。

（3）由于Rs=0，因此其特性较串联电阻时为硬。

（4）当Tem=常数时，降低电压，可使电动机转速降低。

3.改变电动机主磁通时的人为机械特性

在励磁回路内串联电阻Rsf，并改变其大小，即能改变励磁电流，从而使磁通发生改变（见图6-4）。一般电动机在额定磁通下工作，磁路已接近饱和，所以改变电动机主磁通只能是削弱磁通。

减弱磁通时，使附加电阻Rs=0，电源电压U=UN。根据式（6-18）可得出此时的人为机械特性方程式为

Φ为不同数值时的人为机械特性曲线如图6-8所示。其特点如下：

（1）理想空载转速n0与磁通Φ成反比，即当Φ下降时，n0上升。

（2）磁通Φ下降，特性斜率β上升，且β与Φ2成反比，曲线变软。

（3）一般Φ下降，n上升，但由于受机械强度的限制，磁通Φ不能下降太多。

在图6-8中，Ts、Ts1、Ts2分别表示当Φ=ΦN、Φ1、Φ2时所对应的短路（堵转）转矩，由于ΦN＞Φ1＞Φ2，故Ts＞Ts1＞Ts2，即Ts将随Φ的减弱而降低。

一般情况下，电动机额定负载转矩TN比Ts小得多，故减弱磁通时通常会使电动机转速升高。但也不是在所有的情况下减弱磁通都可以提高转速，当负载特别重或磁通Φ特别小时，如再减弱Φ，则反而会发生转速下降的现象。

图6-8　减弱磁通Φ的人为机械特性曲线

1—Φ=ΦN时；2、3—Φ=Φ1及Φ2时

这种现象可以利用机械特性方程式（6-27）来解释。当减弱磁通时，一方面由于等式右边第一项的因素提高了转速，另一方面由于等式右边第二项的因素要降低转速，而且后者与磁通的平方成反比，因此，在负载转矩大到一定程度时，减弱磁通所能提高的转速，完全被因负载所引起的转速降落所抵消。如图6-8中的c点，当再加大负载转矩时，发生“反调速”现象，如图6-8中的a、b处所示。即减弱磁通不但不能提高转速，反而降低了转速。在实际电动机运行中，由于负载有限，一般不会工作在这个区段。