电动机的机械特性

    变频调速系统主要是由变频器、电动机和工作机械等装置组成的机电系统。电力拖动的任务就是使电动机实现由电能向机械能的转换，完成工作机械启动、运转、调速、制动作业的要求。

    变频调速系统也就是由电动机带动机械设备以可以自由调节的速度进行旋转的运动系统。在这个系统中，必须了解电动机的机械特性，同时也需要了解负载设备的机械特性及其运行的工艺特性，才能进行合理的变频调速配置并确保机械设备的正常工作。

    机械特性就是描述电动机转速n与转矩T之间关系的特性，即n=f(T)。在变频调速系统中，有两种机械特性，即电动机的机械特性和机械设备的机械特性。

    以异步电动机为例，电动机内部产生转矩的原因就是电流与磁场之间相互作用的结果，即电磁转矩。电磁转矩的大小与电流和磁通量的乘积成正比。

   Te=CTI2Φmcosφ2    (3-1)

式中  CT-转矩常数；

   I2-转子电流；

    Φm-每极的磁通量；

    φ2-转子电流的功率因数角。

    根据该公式，可以作出图3-1中的机械特性曲线1。

    但是，作为拖动机械设备的原动转矩，应该是电动机轴上的输出转矩，是由电磁转矩克服了电动机内部的摩擦损耗的结果。但是由于摩擦损耗和通风损耗都很小，为了简化分析的过程，常常粗略地把异步电动机机械特性中的转矩看作是电动机轴上的输出转矩。

    负载的机械特性是描述机械设备的阻转矩和转速之间的关系曲线。如鼓风机的阻转矩TL是与负载转速nL的平方成正比的

   TL=T0+KTnL2   (3-2)

式中  T0-转矩损耗，主要由传动机构及轴承等的摩擦所致；

   Kr-常数。

    由上式得到的负载机械特性如图3-1中曲线2所示。通常，为了简化分析过程，常常粗略地将损耗转矩也计算在负载转矩中。

    因此，机械特性中的电动机转矩Tm可以看作是电动机输出轴的转矩；负载转矩TL可以看作是负载阻转矩和损耗转矩之和。

    电力拖动系统的工作状态必须由电动机的机械特性和负载的机械特性共同决定，即当电动机的转矩和负载转矩平衡的时候，电动机就处于稳定运行状态。也就是，图3-1中的曲线1和曲线2处于焦点Q时，电动机和负载的转矩TQ处于平衡状态，这时的稳定运行转速为nQ，拖动系统的功率PQ则由下式进行计算

   PQ=TQnQ/9550    (3-3)

式中  TQ-电动机和负载在Q点的转矩，N·m；

   nQ-Q点时的稳定运行转速，r/min；

   PQ-拖动系统的功率，kW。

    图3-1    电动机机械特性曲线与负载特性曲线

    Q点称为电力拖动的工作点，也是变频调速系统的工作点。

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