电力拖动系统
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§2.交流电力拖动的调速
本节主要内容是四种常见的电气调速方法：
拖动系统的调速方法：1. 机械调速；2. 电气调速。电 气调速就是改变电动机的转速，交流电动机可分为 —— 两 种：1. 改变转差率调速（同步转速不变）；2. 改变同步转 速调速。
本章主要是原理性的概念不要求计算。 相对比较难的点：
1.拖动系统稳定运行判断；2.电气制动方法和机械特性。
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§1.电力拖动的基本概念
本节的主要内容有三大部分：
运动方程：
是分析电力拖动系统的工具，为了简化分析应该 折算。
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变频调速原理
原理：变频调速属于改变同步转速。根据n0=60f1/p可 知，频率变，同步转速变，机械特性也变。 要求：1.f1＞fn，负载转矩应相应减小，否则过载；
2.f1＜fn时，应保持U1/f1=常数。 原因：∵f1＞fn时n＞nn，若保持额定转矩不变，会造 成电机过载，∴若f1＞fn，负载转矩应相应减小。∵f1 ＜fn时，若保持U1不变，则E1=4.44kf1Φ中，Φ将增加， 磁路会出现饱和，损耗会增加。 ∴f1＜fn时，必须保 持U1/f1=常数。而在f1＞fn时，保持U1=Un，磁路磁通减 小，电磁转矩相应减小。
电力拖动系统
§1.电力拖动的基本概念 §2.交流电力拖动的调速 §3.直流电力拖动的调速 §4.电力拖动系统的制动 §5.电动机的温升与维护管理
小结
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学习应该注意的点
学习应注意的几个问题： 1.如何判断电力拖动系统稳定运行 ？条件是什么？ 2.电力拖动系统的运动方程是什么？需要进行什么折算？ 3.负载机械特性有哪些类型 ？ 4.交、直流调速有哪些类型 ？其方法和特点如何 ？ 5.限制电动机输出的因素是什么？ 6.电气制动的方法和机械特性各有哪些？ 7.电动机有哪些工作制？选择电动机的依据是什么？
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§3.直流电力拖动的调速
本节主要内容有两大部分：
一、直流电动机的调速
主要掌握直流电动机的各种调速实现的方法、 特点和使用场合。
二、调速电动机的容许输出
知道限制电动机容许输出的因素和调速方式的 种类。
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调速类型：电动机调速时，转速发生的变化是由 于机械特性变化引起的，而对于不同负载，电机机械 特性的变化将使电动机的电流发生变化。为了保证电 动机在调速时，电流不超过额定电流的限制，就必须 在调速时限制负载的类型。也就是说，电动机的调速 方案应该适应特地的负载类型。因此，按照调速时， 允许的输出，可分为：恒功率和恒转矩调速两类。
分析多轴系统的问题：—— 一轴一个方程，解微分方程组较难。
解决办法：折算，将其它轴折算到电动机轴上，
原则：能量守衡。—— 等效为一个单轴系统。
需要折算的量：飞轮矩（转动惯量）—— 变速比的平方，
负载转矩
——
变速比。
运动方程说明的问题： （结论）
由运动方程可见，电动机所产生的电磁转矩T 除用于克服稳态负
调速分类：根据异步电机转速公式：n=n0（1-s） 可知，三相异步电动机电气调速可分为两大类：1.改 变同步转速调速；2.改变转差率调速。
改变同步转速的方法：1.改变电动机绕组的极对 数（只适合鼠笼式）；2.改变电源频率。
改变转差率调速的方法：1.降压调速；2.绕线式 异步电动机转子回路串电阻调速。
n0变，斜率不变
特点：特性硬度不变,无级调速,属于恒转矩调速。
降压和弱磁结合的调速：
一般的调速规律：nN以下恒转矩，保证足够的驱 动转矩；nN以上则为恒功率，保证电动机不过载。
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二、调速电动机的容许输出
说明：一台造好的电动机，绕组的电阻及电机的 散热能力已经确定，因此允许通过的电流及输出功率 也就已经确定，即电动机的电流受限制 ，不能超过额 定电流，（否则铜损增大，发热增加）。
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变频调速方法与特点
方法：采用变频器（种类较多）。 特点：
1.无级调速（类似直流调速）； 2.特性硬度不变，转速平稳； 3.变频器较贵，初次投资较大。 [ 第二节要点 ] ：方法（变s、n0，各自特点）；变极 （接线，相序，恒P/T）；变频特点 。
缺点：RS功耗大，轻载调速范围窄，有 级，低速∵特性软负载波动对转速影响 大运行不平稳，电刷滑环易出故障，维 护工作量大。 适用场合： 带额定负载起动，如起重设 备等。 注意：调速电阻是长期工作制。
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变极调速
注意：变极调速只能是特殊鼠笼异步电机，每相有2个半相绕 组。属于改变同步转速。 半相绕组特点：两种不同连接可得两种不同极对数。YY连接 时：极对数减少一半，且相序变反。△-YY：属于恒功率调速； Y-YY：属于恒转矩调速。—— “属于”理解为“适用于…负 载”。 记原法理：：Y改-变YY定时子，绕绕组组连的接U、可I改未变变其，产不生是恒功率Y-，YY∴恒转△矩-Y。Y 的磁极对数，从而改变同步转速。 特点：设备简单，特性较硬，运行平稳。 但属于有级调速。 用途：起货机、锚机等。 国产常为△YY（恒P）；国外常为 Y-YY（恒T）。
1. 定子串联带抽头的饱和电抗器； 2. 反并联晶闸管交流调压器； 3. 定子绕组Δ/Y换接； 适用场合： 带通风机型负载的电动机。
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绕线式转子串电阻调速
原理：转子串电阻调速属于改变转差率调速。 ∵转子电路 外串联电阻RS后，n0和Tmax不变，而临界转差率Sm随RS而变 化，RS↓→Sm↑机械特性越软，转速越低。 特点：这种调速方法简单，能够满足一般多级调速要求，有 级调速（转速只能逐档变化），调速和起动电阻可共用。
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额定转速下的调速分析
当转速小于额定转速时：电动机的输出功率减小，如果 要保持输出功率不变，则电动机的电流或磁通就得增加。由 于磁路已经接近饱和，主磁通增加不上去，电流又受限制。 因此，额定转速以下只能是恒转矩调速。
特点：特性变软，可无级(平滑)调速。
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改变电枢电压的调速
降压调速：理想空载转速减 小，电动机的转速也相应减小。 属于恒转矩调速。
方法：1.G-M系统(可通过改 变直流发电机的励磁)，2.晶闸管 整流装置(改变导通角)，从而改 变电动机的电压。(书P.93图)
负载机械特性：
负载与电动机机械特性都是拖动系统工作的依据， 应知道类型。
稳定运行：
稳定运行是系统追求的目的，应该掌握判断的依 据和方法。
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一、电力拖动系统的运动方程
单轴系统的运动方程：
书P.86.式（1-1）
T-TL=JdΩ/dt=(GD2/375) dn/dt —— 从牛顿定律演化而来。 其中：375=120g/π（g=9.81，重力加速度常数）
或： △T/△n ＜ △TL/△n。 注意：系统是否稳定与电动机和负载两者的机械特性 有关。电动机带不同的负载，其稳定性可能不同。
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稳定性的判断
分析异步电动机的机械特性，根据稳定判断条件： △T/△n ＜ △TL/△n ，对其带恒转矩负载进行稳定性 判断可知： a 点是稳定的；对于 b 点则不稳定。
改变主磁通的调速
由于电动机磁路已经确定，且 设计时一般电机磁路都处于“半饱
n0和斜率都变
和”状态。因此，改变主磁通只能
减少，不能增加（增加则饱和，且
励磁损耗大），固常称为“弱磁调
速”。弱磁则n、I增加，只有当TL减小，即I=T/（KTΦ） 不变，使I不超过额定值，∵I=T/(KTΦ)，E≈U不变， 而P=EI=KeΦnT/(KTΦ)∝nT。∴调速时应保持P恒定， 即属于“恒功率调速”。
电枢串电阻调速
特点：简单、有级， 但特性变软、电阻耗能 大。空载调速不明显。 属于恒转矩调速。
恒转矩调速：带恒 额定转矩调速时，电流 不会超过额定值。
n0不变，斜率变
所谓“恒转矩”/“恒功率”调速，主要指适合于 所带负载的类型，即后面所讲的“容许输出”。
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主要内容：
鼠笼式转子异步电动机定子降压调速； 绕线式转子异步电动机转子串电阻调速； 鼠笼式转子异步电动机变极调速； 变频调速（通常是鼠笼式转子异步电动机）。
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一、三相异步电动机的调速方法
定义：所谓电气调速，就是人为改变电动机的机 械特性达到改变电动机的转速。
因为，对于b 点附近相同的正转 速偏差△n，由图可见，电磁转矩 偏 差△T＜负载转矩 偏差△TL ；对于b 点附近相同负转速偏差△n ，电磁转 矩偏差△T＜负载转矩偏差△TL（负 的偏差越大说明其值越小）。
通风机型负载
[ 第一节要点 ] ：运动方程（多轴折算）；负载机械特 性类型；稳定条件及判别 。
一、直流电动机的调速方法
直流电动机的机械特性表达式为：
n U Ke
-
Ra R KeKT 2
T
n0 - kT
由机械特性，可知直流电动机的调速方法有三
种：—— 可分别单独调节和同时配合调节。
1.电枢回路串电阻调速；
2.弱磁调速；
3.降压调速
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学习这部分内容时，主要注意：调速的方法（原 理）和调速时电动机的机械特性的变化。
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降压调速
原理：降压调速属于改变转差率调速。∵ 降低定子电压U，n0和临界转差率Sm=R2/X20 不变，但Tmax∝U2减小。对于恒转矩型负 载，T减小，则n减小，从而达到调速目的。 特点：这种方法对于恒转矩型负载调速范 围很小，而对于通风机型负载，调速范围 则比较大，如右图所示。 实现方法：
载转矩TL外，还要平衡系统加速或减速时所产生的动态惯性阻转矩 （ΔT=T－TL），所以系统的运动状态是由电动机的电磁转矩和负载
转矩共同所决定的。—— -Δ>乳T源=高0级：中恒学通速用，技术实Δ验T室≠<-0：变速。
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二、负载的机械特性
负载机械特性类型：1）恒转矩（反抗性和位能性 ）； 2）变转矩（通风机和恒功率 ）。通风机型又称泵类。 负载机械特性总汇：T = knα
结论：对恒转矩负载而言，异步 电动机特性曲线临界转差率以下的部 分，为不稳定区。
注意：应用△T/△n ＜ △TL/△n 时， △T、△TL和△n都应该连同其 符号一起代入。
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稳定性与负载有关
对于恒转矩负载，b 点不稳定， 但对于通风机型负载 b 点则稳定。
α = 0：恒转矩型；α＞ 0：通风机型；α＜ 0：恒 功率型。
位能性恒转矩 反抗性恒转矩 通风机型
恒功率
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三、系统运行的稳定性
系统运行的稳定性是指：原来系统在机械特性上 的某点运行，由于某种原因（如干扰等），使工作点 发生变化，若造成工作点变化的原因去除后，系统能 够回到原来的工作点运行，则系统是稳定的否则系统 就是不稳定的。—— 本书只讨论“静态稳定”。 必要条件：电动机和负载机械特性有交点。 充分条件：干扰消失后能回到原来交点。 判断：—— dT/dn ＜ dTL/dn。
§2.交流电力拖动的调速
本节主要内容是四种常见的电气调速方法：
拖动系统的调速方法：1. 机械调速；2. 电气调速。电 气调速就是改变电动机的转速，交流电动机可分为 —— 两 种：1. 改变转差率调速（同步转速不变）；2. 改变同步转 速调速。
本章主要是原理性的概念不要求计算。 相对比较难的点：
1.拖动系统稳定运行判断；2.电气制动方法和机械特性。
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§1.电力拖动的基本概念
本节的主要内容有三大部分：
运动方程：
是分析电力拖动系统的工具，为了简化分析应该 折算。
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变频调速原理
原理：变频调速属于改变同步转速。根据n0=60f1/p可 知，频率变，同步转速变，机械特性也变。 要求：1.f1＞fn，负载转矩应相应减小，否则过载；
2.f1＜fn时，应保持U1/f1=常数。 原因：∵f1＞fn时n＞nn，若保持额定转矩不变，会造 成电机过载，∴若f1＞fn，负载转矩应相应减小。∵f1 ＜fn时，若保持U1不变，则E1=4.44kf1Φ中，Φ将增加， 磁路会出现饱和，损耗会增加。 ∴f1＜fn时，必须保 持U1/f1=常数。而在f1＞fn时，保持U1=Un，磁路磁通减 小，电磁转矩相应减小。
电力拖动系统
§1.电力拖动的基本概念 §2.交流电力拖动的调速 §3.直流电力拖动的调速 §4.电力拖动系统的制动 §5.电动机的温升与维护管理
小结
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学习应该注意的点
学习应注意的几个问题： 1.如何判断电力拖动系统稳定运行 ？条件是什么？ 2.电力拖动系统的运动方程是什么？需要进行什么折算？ 3.负载机械特性有哪些类型 ？ 4.交、直流调速有哪些类型 ？其方法和特点如何 ？ 5.限制电动机输出的因素是什么？ 6.电气制动的方法和机械特性各有哪些？ 7.电动机有哪些工作制？选择电动机的依据是什么？
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§3.直流电力拖动的调速
本节主要内容有两大部分：
一、直流电动机的调速
主要掌握直流电动机的各种调速实现的方法、 特点和使用场合。
二、调速电动机的容许输出
知道限制电动机容许输出的因素和调速方式的 种类。
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调速类型：电动机调速时，转速发生的变化是由 于机械特性变化引起的，而对于不同负载，电机机械 特性的变化将使电动机的电流发生变化。为了保证电 动机在调速时，电流不超过额定电流的限制，就必须 在调速时限制负载的类型。也就是说，电动机的调速 方案应该适应特地的负载类型。因此，按照调速时， 允许的输出，可分为：恒功率和恒转矩调速两类。
分析多轴系统的问题：—— 一轴一个方程，解微分方程组较难。
解决办法：折算，将其它轴折算到电动机轴上，
原则：能量守衡。—— 等效为一个单轴系统。
需要折算的量：飞轮矩（转动惯量）—— 变速比的平方，
负载转矩
——
变速比。
运动方程说明的问题： （结论）
由运动方程可见，电动机所产生的电磁转矩T 除用于克服稳态负
调速分类：根据异步电机转速公式：n=n0（1-s） 可知，三相异步电动机电气调速可分为两大类：1.改 变同步转速调速；2.改变转差率调速。
改变同步转速的方法：1.改变电动机绕组的极对 数（只适合鼠笼式）；2.改变电源频率。
改变转差率调速的方法：1.降压调速；2.绕线式 异步电动机转子回路串电阻调速。
n0变，斜率不变
特点：特性硬度不变,无级调速,属于恒转矩调速。
降压和弱磁结合的调速：
一般的调速规律：nN以下恒转矩，保证足够的驱 动转矩；nN以上则为恒功率，保证电动机不过载。
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二、调速电动机的容许输出
说明：一台造好的电动机，绕组的电阻及电机的 散热能力已经确定，因此允许通过的电流及输出功率 也就已经确定，即电动机的电流受限制 ，不能超过额 定电流，（否则铜损增大，发热增加）。
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变频调速方法与特点
方法：采用变频器（种类较多）。 特点：
1.无级调速（类似直流调速）； 2.特性硬度不变，转速平稳； 3.变频器较贵，初次投资较大。 [ 第二节要点 ] ：方法（变s、n0，各自特点）；变极 （接线，相序，恒P/T）；变频特点 。
缺点：RS功耗大，轻载调速范围窄，有 级，低速∵特性软负载波动对转速影响 大运行不平稳，电刷滑环易出故障，维 护工作量大。 适用场合： 带额定负载起动，如起重设 备等。 注意：调速电阻是长期工作制。
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变极调速
注意：变极调速只能是特殊鼠笼异步电机，每相有2个半相绕 组。属于改变同步转速。 半相绕组特点：两种不同连接可得两种不同极对数。YY连接 时：极对数减少一半，且相序变反。△-YY：属于恒功率调速； Y-YY：属于恒转矩调速。—— “属于”理解为“适用于…负 载”。 记原法理：：Y改-变YY定时子，绕绕组组连的接U、可I改未变变其，产不生是恒功率Y-，YY∴恒转△矩-Y。Y 的磁极对数，从而改变同步转速。 特点：设备简单，特性较硬，运行平稳。 但属于有级调速。 用途：起货机、锚机等。 国产常为△YY（恒P）；国外常为 Y-YY（恒T）。
1. 定子串联带抽头的饱和电抗器； 2. 反并联晶闸管交流调压器； 3. 定子绕组Δ/Y换接； 适用场合： 带通风机型负载的电动机。
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绕线式转子串电阻调速
原理：转子串电阻调速属于改变转差率调速。 ∵转子电路 外串联电阻RS后，n0和Tmax不变，而临界转差率Sm随RS而变 化，RS↓→Sm↑机械特性越软，转速越低。 特点：这种调速方法简单，能够满足一般多级调速要求，有 级调速（转速只能逐档变化），调速和起动电阻可共用。
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额定转速下的调速分析
当转速小于额定转速时：电动机的输出功率减小，如果 要保持输出功率不变，则电动机的电流或磁通就得增加。由 于磁路已经接近饱和，主磁通增加不上去，电流又受限制。 因此，额定转速以下只能是恒转矩调速。
特点：特性变软，可无级(平滑)调速。
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改变电枢电压的调速
降压调速：理想空载转速减 小，电动机的转速也相应减小。 属于恒转矩调速。
方法：1.G-M系统(可通过改 变直流发电机的励磁)，2.晶闸管 整流装置(改变导通角)，从而改 变电动机的电压。(书P.93图)
负载机械特性：
负载与电动机机械特性都是拖动系统工作的依据， 应知道类型。
稳定运行：
稳定运行是系统追求的目的，应该掌握判断的依 据和方法。
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一、电力拖动系统的运动方程
单轴系统的运动方程：
书P.86.式（1-1）
T-TL=JdΩ/dt=(GD2/375) dn/dt —— 从牛顿定律演化而来。 其中：375=120g/π（g=9.81，重力加速度常数）
或： △T/△n ＜ △TL/△n。 注意：系统是否稳定与电动机和负载两者的机械特性 有关。电动机带不同的负载，其稳定性可能不同。
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稳定性的判断
分析异步电动机的机械特性，根据稳定判断条件： △T/△n ＜ △TL/△n ，对其带恒转矩负载进行稳定性 判断可知： a 点是稳定的；对于 b 点则不稳定。
改变主磁通的调速
由于电动机磁路已经确定，且 设计时一般电机磁路都处于“半饱
n0和斜率都变
和”状态。因此，改变主磁通只能
减少，不能增加（增加则饱和，且
励磁损耗大），固常称为“弱磁调
速”。弱磁则n、I增加，只有当TL减小，即I=T/（KTΦ） 不变，使I不超过额定值，∵I=T/(KTΦ)，E≈U不变， 而P=EI=KeΦnT/(KTΦ)∝nT。∴调速时应保持P恒定， 即属于“恒功率调速”。
电枢串电阻调速
特点：简单、有级， 但特性变软、电阻耗能 大。空载调速不明显。 属于恒转矩调速。
恒转矩调速：带恒 额定转矩调速时，电流 不会超过额定值。
n0不变，斜率变
所谓“恒转矩”/“恒功率”调速，主要指适合于 所带负载的类型，即后面所讲的“容许输出”。
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主要内容：
鼠笼式转子异步电动机定子降压调速； 绕线式转子异步电动机转子串电阻调速； 鼠笼式转子异步电动机变极调速； 变频调速（通常是鼠笼式转子异步电动机）。
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一、三相异步电动机的调速方法
定义：所谓电气调速，就是人为改变电动机的机 械特性达到改变电动机的转速。
因为，对于b 点附近相同的正转 速偏差△n，由图可见，电磁转矩 偏 差△T＜负载转矩 偏差△TL ；对于b 点附近相同负转速偏差△n ，电磁转 矩偏差△T＜负载转矩偏差△TL（负 的偏差越大说明其值越小）。
通风机型负载
[ 第一节要点 ] ：运动方程（多轴折算）；负载机械特 性类型；稳定条件及判别 。
一、直流电动机的调速方法
直流电动机的机械特性表达式为：
n U Ke
-
Ra R KeKT 2
T
n0 - kT
由机械特性，可知直流电动机的调速方法有三
种：—— 可分别单独调节和同时配合调节。
1.电枢回路串电阻调速；
2.弱磁调速；
3.降压调速
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学习这部分内容时，主要注意：调速的方法（原 理）和调速时电动机的机械特性的变化。
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降压调速
原理：降压调速属于改变转差率调速。∵ 降低定子电压U，n0和临界转差率Sm=R2/X20 不变，但Tmax∝U2减小。对于恒转矩型负 载，T减小，则n减小，从而达到调速目的。 特点：这种方法对于恒转矩型负载调速范 围很小，而对于通风机型负载，调速范围 则比较大，如右图所示。 实现方法：
载转矩TL外，还要平衡系统加速或减速时所产生的动态惯性阻转矩 （ΔT=T－TL），所以系统的运动状态是由电动机的电磁转矩和负载
转矩共同所决定的。—— -Δ>乳T源=高0级：中恒学通速用，技术实Δ验T室≠<-0：变速。
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二、负载的机械特性
负载机械特性类型：1）恒转矩（反抗性和位能性 ）； 2）变转矩（通风机和恒功率 ）。通风机型又称泵类。 负载机械特性总汇：T = knα
结论：对恒转矩负载而言，异步 电动机特性曲线临界转差率以下的部 分，为不稳定区。
注意：应用△T/△n ＜ △TL/△n 时， △T、△TL和△n都应该连同其 符号一起代入。
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稳定性与负载有关
对于恒转矩负载，b 点不稳定， 但对于通风机型负载 b 点则稳定。
α = 0：恒转矩型；α＞ 0：通风机型；α＜ 0：恒 功率型。
位能性恒转矩 反抗性恒转矩 通风机型
恒功率
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三、系统运行的稳定性
系统运行的稳定性是指：原来系统在机械特性上 的某点运行，由于某种原因（如干扰等），使工作点 发生变化，若造成工作点变化的原因去除后，系统能 够回到原来的工作点运行，则系统是稳定的否则系统 就是不稳定的。—— 本书只讨论“静态稳定”。 必要条件：电动机和负载机械特性有交点。 充分条件：干扰消失后能回到原来交点。 判断：—— dT/dn ＜ dTL/dn。