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第六章 船舶电力拖动基础知识

通常，一个生产机械装置是由原动机、传动机构、工作机构和控制设备等所组成，它构成一个完整的拖动系统。利用电动机作为原动机的生产机械装置，称为电力拖动系统。本章主要内容包括电力拖动的基本概念、电动机起动、调速及制动等的基本原理和方法。

第一节 电力拖动的基础知识

电力拖动系统的各种运行状态可以归纳为两种状态；一种是相对稳定状态，此时电动机以恒定的电磁转矩和转速运行或静止不动（堵转）；另一种是非稳定状态(过渡状态)，如电动机在起动、调速、制动、反转时，电磁转矩和转速发生变化的状态。电力拖动系统运行在什么状态决定于电动机的电磁转矩T和加在电动机轴上的负载转矩TL(又称生产机械的静态阻转矩)之间的相互作用。为了掌握电力拖动系统的运行状态，就必须了解T与TL的特点和变化规律，而反映转速与转矩之间变化规律的机械特性是研究和分析电力拖动系统的主要特性。
一、电力拖动系统的运动方程
最简单的电力拖动系统是电动机的轴与生产机械的工作机构直接相连，如泵、通风机等，被称为单轴电力拖动系统。若设定某一方向为电动机的正值转速方向(n>0或Ω>0)，并取与正转速方向一致的电磁转矩为正值电磁转矩（T>0），与正转速方向相反的负载转矩为正值负载转矩(TL>0)，则这种简单的拖动系统的运动规律可用如下的运动方程来描述，即
（6-1-1）
上式中，机械角度 Ω＝2πn／60，J（kg．m2）为系统转动惯量，GD2[N．m2]为系统的飞轮矩，这两者之间的关系为J=GD2/4g，并且取重力加速度常数g=9.81[m/s2]。
许多实际的电力拖动系统，电动机是经传动机构与工作机械相联的，如图6-1-1(a)所示为有两级减速的三轴系统，其中每根的转速、转矩和飞轮矩都不相同。但这样一个多轴系统可折算为一个等效的单轴系统如图6-1-1(b)。
图6-1-1 多轴电力拖动系统简化为等效的单轴系统
根据功率平衡关系可进行转矩的等效折算，当忽略传动机构的损耗时，电动机轴上的功率TLΩ应等于最后一级工作机构的功率TcΩc。因此电动机轴上的等效负载转矩TL与工作机构的实际负载转矩Tc的关系为
（6-1-2）
根据系统储存的总动能不变的原则可进行等效飞轮矩的折算。电动机轴上总的等效动能应等于各轴的动能之和，对于图示系统的单轴等效动能为
（6-1-3）
从而可得折算到电动机轴上的单轴等效飞轮矩为
（6-1-4）
以上的折算仅为了表明一个多轴拖动系统可以简化为一个等效的单轴系统，式6-1-1中的TL和GD2都理解为折算到电动机轴上的量。
运动方程表明：电动机所产生的电磁转矩T除用于克服稳态负载转矩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决定的。 当T＝TL时，dn／dt＝0，系统以不变的转速稳定运行。 只要T≠TL，则dn／dt≠0，从而使系统处于加速或减速的变化状态。一个能稳定运行的电力拖动系统，受到短暂的扰动后，其加速或减速的动态变化过程是短暂的，最终总能达到T=TL的稳定运行条件。假如一个系统受到短暂的扰动后不能恢复到稳定的平衡运行条件，则该系统就不能稳定的运行。系统能否稳定运行与电动机和负载的机械特性有关。
二、负载的机械特性
生产机械的静态阻转矩TL可能与许多因素有关，在分析电力拖动系统时，必须了解转速n与加在电动机轴上的负载转矩TL之间的关系。由于生产机械的转速变化时，TL会按一定规律变化，则反映n与TL之间变化规律的曲线或解析式n=f(TL)称为生产机械的机械特性。不同的生产机械有不同的机械特性，根据转矩随转速变化的情况，概括起来大致可归纳为恒转矩和变转矩两类。
1.恒转矩负载特性
图6-1-2 反抗性恒转矩负载的机械特性 图6-1-3 位能性恒转矩负载的机械特性
1) 反抗性恒转矩负载机械特性
负载转矩的作用方向总是与运动方向相反，始终是阻碍运动的。当运动方向改变时，负载阻转矩方向也随之改变，具有这种转矩特性的负载称为反抗性负载。如果这种负载转矩绝对值大小不随转速而变，则为反抗性恒转矩负载，如皮带传送、机床刀架的平移、行走机构等，以及由摩擦力产生的转矩均具有这种特性。按照在系统运动方程中所采用的转矩和转速的正值方向，反抗性恒转矩负载的机械特性曲线可表示在直角坐标图中的第1和第3象限中，如图6-1-2所示。
2) 位能性恒转矩负载机械特性
负载转矩是受重力作用而产生的，其负载转矩的大小和作用方向始终保持不变，不受转
速大小和转动方向的影响。其机械特性曲线在第1和第4象限内，如图6-1-3所示。起重机械提升和下放重物时的负载转矩就是这种特性。
2.变转矩负载机械特性
1）通风机型负载机械特性
通风机、离心泵和螺旋浆等，其转矩与转速的平方成正比，其转矩特性曲线如图6-1-4的曲线1所示。
2）恒功率负载的机械特性
转距与转速成正比，而两者之积（功率）近似保持不变。如金属切削机床，刀的切削力不变，随着刀向切削端面的中心移动，其阻转矩减小而转速升高。这种负载机械特性如图6-1-4曲线2 所示。
图6-1-4 变转矩负载的机械特性 图6-1-5 含摩擦转矩的位能性
负载的机械特性
上述各种负载机械特性是从各种实际负载概括出来的典型特性。而实际负载的机械特性可能是以某种典型特性为主，或是具有某几种典型特性的综合。例如船舶起货机，它的多级转动机构是反抗性摩擦转矩，因此当起升重物时电动机的负载阻转矩是位能转距与反抗转距之和TL，而下放重物时则是两者之差T’L，故其实际的负载机械特性如图6-1-5中的实线所示。但起落空钩时则主要是摩擦转矩。
三、电动机的工作状态
电动机具有可逆性，它既可以作为电动机工作，也可作为发电机工作。当电动机作为电动机工作时，其电磁力矩方向与旋转方向相同，此电磁力矩为拖动力矩；当电动机作为发电机工作时，其电磁力矩方向与旋转方向相反，此电磁力矩是制动力矩。
因此，在电力拖动系统中，电动机的工作状态有两种，即电动状态和制动状态。电动机通常作为拖动生产机械的原动机，即用它所产生的电磁力矩来拖动其轴上的负载运行，这种工作状态为电动状态；相反用电动机产生的电磁力矩阻止其轴上的负载运动，这种工作状态为制动状态。
为了讨论方便，在以T为横坐标，n为纵坐标的四个象限中，可将电动机的工作状态用其机械特性表示，如图6-1-6所示。
T
-n
n
n
n
n
n
T
T
T
T
0
电动（正转）
制动
电动（逆转）
制动
图6-1-6 电动机两种工作状态在坐标中的表示
-T

n

图6-1-7 电力拖动系统的稳定工作点

n
0

0
1

3

2

A

C

E

-
Δ
n

+
Δ
n

T
T
TL
2
A
1
E
C
3
现假定逆时针方向为正方向，顺时针方向为负方向。从图中可见：在第一象限，电磁力矩T与转速n均为正；在第三象限，电磁力矩T与转速n均为负，所以在第一和第三象限中，T与n的方向相同，电动机工作于电动状态。在第二象限，电磁力矩T为负，转速n为正，在第四象限，T为正，n为负，所以在第二和第四象限中T与n的方向相反电动机工作在制动状态。
四、电力拖动系统运行的稳定性
为便于电力拖动系统运动状态的分析，通常是把电动机的机械特性与负载的机械特性画在同一坐标平面上，如图6-1-7中的曲线1和3分别为三相异步电动机的额定电压和降低电压时的机械特性，曲线2是它所拖动的恒转矩负载的机械特性。根据这些特性曲线并结合运动方程式对系统的运行状态及其稳定性进行定性分析。
系统稳定工作点都是两特性曲线的交点（T=TL），但两曲线的交点不一定都是稳定工作点。当系统受到诸如电压的波动、负载的变化等扰动时，将引起系统转速的变化。如转速升高将引起电动机转矩小于系统负载阻转矩，或减速引起电动机转矩大于负载阻转矩，其作用都是力图阻止转速的偏离，因而扰动消失后它将能够恢复到原平衡点，这是稳定工作点。
如果两转矩的变化与上述相反，则将促使转速进一步偏离，这种交点为不稳定工作点。如图中的曲线2和3的交点E，如扰动引起瞬时减速(—Δn)，则曲线3上的电磁转矩T小于曲线2的负载转矩TL，从而促使系统进一步减速，直到停车。若是引起瞬时加速(＋Δn)，则T>TL，使系统进一步加速一直到稳定的交点C，所以E点为不稳定工作点，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，为不稳定工作点。

第二节 三相交流异步电动机的起动

所谓电动机的起动，是指电动机接通电源后，转速由零上升到稳定转速的全部过程。显然起动时间并不长，但对电机本身和电力系统的影响却很大，特别由于船舶电站的容量有限，船上有些辅机电动机的功率又较大，其起动电流将会引起电网电压的很大波动，因此影响其稳定性。特别对于起动频繁和大容量电动机的起动，必须缩短其起动时间，降低起动电流以减少其对电网的影响。
本节主要分析三相交流异步电动机的起动。

三相交流异步电动机分有鼠笼式和绕线式两种，鼠笼式异步电动机由于其结构简单，工作可靠，起动方便，因此在船上应用较多。其起动方式有直接起动和降压起动两种。而绕线式异步电动机则由于其起动及调速的功能优越，则在某些特殊场合应用。其起动方式主要是转子回路串电阻起动。
一、全电压直接起动
QS
FU1~3
KM
3~
M
FR
图6-2-1 定子电路串电阻降压起动
鼠笼式异步电动机直接起动时，在定子接通电源瞬间，转子由于惯性不能立即转动，此时转子感应电动势和转子电流较大，因而定子电流大，通常为额定电流的4-7倍。但是由于起动时功率因数较低，因此起动力矩并不大。一般只为额定力矩的1-2.2倍。但鼠笼式异步电动机的结构简单、工作可靠、过载能力强，从电动机本身来说一般是允许直接起动的。
全压直接起动就是利用闸刀开关或接触器把电动机直接接到三相电源上。其优点是设备简单，操作方便，缺点是起动电流大。为避免大电流所造成的不良后果，允许直接起动的电动机容量受电源容量的限制。在船上由于发电机设有良好的自动调压装置，允许直接起动的电动机容量可为发电机容量的60%。所以机舱的辅机电动机都采用直接起动。
二、降压起动
为减小起动电流可采取降压起动。由于异步电动机的起动转矩和所加电压的平方成正比，所以当定子绕组的电压降低时，电动机的转矩也减小了。对于起动转矩要求不高的场合，如离心泵，通风机或起动阻力较小的拖动装置，可采用降压起动。常采用的降压起动方式有如下三种：
1．定子回路串电阻或电抗器降压起动
这种起动方法是在电动机定子绕组的线路中串入一个三相电抗器或三相电阻，线路如图6-2-1所示。起动时，先接通电源开关QS，电流经电阻器或电抗器串入定子绕组，进行限流降压起动，待转速升高后再将起动电阻或电抗器短路，进行全压运行。
2KM1
图 6-2-2 异步电动机Y-△降压起动控制电路
FR
L1 L2 L3
FU1~3
QS
1KM1
D6
D4
D2
3~
M
D3
D1
3KM1
D5

2．星形—三角形(Y-Δ)降压起动
星形—三角形降压起动只适用于定子绕组正常工作时为三角形接法的电动机，其起动线路如图6-2-2所示。起动时先使电源接触器1KM和定子绕组星形接法接触器3KM接通，此时定子绕组为星形接法起动电动机，待电动机接近额定转速时，星形接法接触器3KM断开，三角形接法接触器2KM闭合，这时定子绕组改为三角形接法进行正常运转。起动过程结束。
下面分析Y-Δ降压起动的起动电流及起动转矩。如图6-2-3所示，假设起动时电动机的每相阻抗为Z，当定子绕组接成星形，即降压起动时，
（6-2-1）
当定子绕组接成三角形，即直接起动时，
（6-2-2）
比较上面两式，可得
（6-2-3）
图6-2-3 比较星形连接和三角形连接时的起动电流
即星形接法时，由电网供给的起动电流仅为三角形接法的1/3，由于起动转矩与电压的平方成正比，若直接起动的转矩为TST，Y-Δ起动的转矩为TST‘
则 （6-2-4）
所以Y-Δ起动的转矩是直接起动的1/3，由于Y-Δ起动的方法及设备比较简单，所以在轻载或空载起动情况下常采用此方法。
3．自耦变压器降压起动
较大容量或正常运行为星形连接的鼠笼式电动机采用自耦变压器降压起动。图6-2-4为自耦变压器降压起动线路。起动时将起动转换开关放于“起动”位置，使自耦变压器原边接电源，副边接电动机，以实现降压起动。待转速升高和电流降低后再将起动开关放于“运行”位置，脱开自耦变压器使定子绕组与电源电压直接相连进行全压运行。
自耦变压器的降压系数Ka=U2/U1，其副边通常提供几个不同的降压系数抽头供选择，例如Ka =0.73、0.64、0.55等。降压起动时的定子电流Is将比直接起动电流IST也小Ka倍，而变压器原边的起动电流ISTa又比付边电流Is小Ka倍，所以起动电流ISTa比直接起动的电流IST小Ka平方倍，即
ISTa= KaIs = Ka Ka IST = Ka2 IST （6-2-5）
降压起动转矩比直接起动转矩减小Ka平方倍，即
图6-2-4 自耦变压器降压起动
(6-2-6)
三、绕线式转子串电阻起动
图6-2-5 绕线式转子电动机串电阻起动
三相异步绕线式电动机的起动通常采用转子回路串电阻起动(图6-2-5)。通常是采用专用的起动电阻，通过电刷串入转子电路，起动时电流小转矩大。为使整个起动过程尽量保持较大的起动转矩，随着转速的升高应逐渐减小外串电阻，直至最后全部切除，以防剩留的部分电阻被转子大电流烧毁。这种方法使用于要求起动转矩大的生产机械，如起货机，锚机等。

第三节 三相交流异步电动机的调速

为了提高生产率、改善产品质量和保证生产的安全等，很多生产机械在整个生产过程中要求能以不同的转速运行，如船舶起货机在起落空钩时用高速，以提高生产率，而在货物着陆时则需要低速，以保证货物的安全，用人为的方法控制和调节电力拖动系统的运行转速称为调速。
电力拖动系统的调速方法有：
(1)机械调速：通过改变机械传动机构的传动比进行调速；
(2)电气调速：用改变电动机电路的参数调速，这里主要讨论三相交流异步电动机的电气调速。
在一定的负载下，三相交流异步电动机的转速为
(6-3-1)
由该式可知，改变转速的方法有两种类型：(1)改变转差率S调速。其基本方法有：降低定子电压和绕线式转子电路串电阻的调速；(2)改变同步转速调速。其基本方法有：改变磁极对数和改变定子电源频率的调速。
一、定子降压调速
降低定子电压U后，同步转速n。不受影响，但最大电磁转矩Tmax随电压的降低而成平方倍的减小，降压调速的机械特性曲线如图6-3-l所示，图中额定电压U的机械特性称为自然特性，而降低电压的特性称为人为机械特性。降压调速对于通风机型负载有较宽的调速范围，即使是在转差率S＞Sm的曲线段也是稳定区(如稳定工作点E)，所以电风扇(包括单相的)等一些小功率同类型负载普遍采用这种调速方法。
n
n0
0
A
B
CC
图6-3-2绕线式转子串电阻调速
R2
R2＋RS
R2＋R，S
T
TL
图6-3-1 降压调速特性
n
n0
A
B
E
0
T

降低定子电压的方法：(1)定子串联带抽头的电抗器或饱和电抗器；(2)自耦变压器；(3)定子绕组Δ／Y变换降压，采用这种方法的主要目的是节能。需要全负荷时用Δ连接，低负荷时用Y连接。
二、绕线式转子串电阻调速
转子电路外串电阻RS后，同步转速n。和最大转矩Tmax＝KU2／2X0不变，而临界转差率Sm=(R2+Rs)/ X20则随Rs而变。Rs越大，Sm越大，机械特性越软，转速越低，如图6-3-2中所示的A，B，C点。
这种调速方法简单，能够满足一般的多级调速要求。船舶起货机、锚机等均有采用。缺点是调速电阻的功率损耗大，轻载调速范围窄。同时由于低速特性软，负载波动对转速影响大，使低速运转不够平稳。此外电刷滑环机构易出故障。
三、变极调速
根据n0=60f/p可知，同步转速n0与磁极对数P成反比，P减半，n0加倍，通过改变定子绕组的连接方式可改变定子绕组产生的磁极对数，从而改变同步转速以实现调速。
图6-3-4 三相异步电动机变极调速定子绕组的连接
Y(P，n0) YY(P/2，2n0)
Δ(P，n0) YY(P/2，2n0)

图6-3-3 改变极对数的调速
用图6-3-3（a）和（b）来说明用电流反向法获得2：1的变极原理。在图6-3-3（a）中AX绕组的两个元件A1X1和A2X2顺向串连，电流在两元件中的首尾端流向一致，产生4个极（P=2）的磁场。如果将两元件的连接方式改为反向并联，使A1X1中的电流与A2X2的电流方向相反，产生2极（P＝1）磁场(图b)。由此可知，将定子每相绕组的“半相”绕组的电流反向，则磁极对数便成倍的变化。因此变极绕组可有多种连接方式，图6-3-4所示的连接方式分别为Y／YY和Δ／YY联接。将顺向串联的Y联接或顺向串联的Δ联接改为反向并联的双Y联接后，磁极对数减少一半(P／2)，同步转速增加一倍(2n0)。
为保持变极前后电动机的转向不变，变极时必须同时改变定子接电源的相序。因为对称绕组在定子圆周上依次相差的机械角度θm是固定的，而依次相差的电角度θe＝Pθm 则随磁极对数P而变。例如P＝1时，按电流的相序，三相绕组A—B—C—A依次相差1200电角度，磁场将由A向B方向旋转。当P＝2时，三相绕组依次相差2400电角度，实际变成了A-C-B-A，即三相绕组电流的相序与前相反。所以只有改变相序(例如将B、C两根线对调)才能使旋转磁场的转向与变极前相同。
定子仅有一套独立三相变极绕组的，称为单绕组双速异步电动机。定子上有两套独立三相绕组的，其中的一套或两套能变极，则称为双绕组三速或四速异步电动机。也有由两套或三套不同极对数的独立绕组构成的双绕组双速或三绕组三速异步电动机，接通不同的绕组有不同的转速。船舶锚机和起货机就有这种独立双绕组双速和三绕组三速的三相异步电动机。图6-3-5为单绕组Δ／YY变极调速电动机的机械特性曲线。
变极调速的特点是设备简单，运行可靠，特性硬，运转平稳。虽然是跳跃式的有级调速，但对于那些双速和三速就能满足要求的电力拖动系统，这种方法仍不失为一种好的调速方法。
注意：绕线式异步电动机不能变极调速，因转子绕组极对数不能自动随定子的磁极对数而变。
n
2n0
n0
YY
Δ
0
T
图6-3-5Δ- YY变极调速
机械特性曲线
T
0
n
图6-3-6 变频调速
机械特性曲线
n0

四、变频调速
根据n0=60f/p可知，同步转速n0与定子电流的频率f1成正比，若能连续的改变电源的频率则可实现连续平滑的无级调速。根据定子电压U1≈E1=4.44f1k1N1Ф可知，若电压U1保持不变，则f1的减小将引起磁通Ф的增加。电动机额定磁通时的磁路本已接近饱和，Ф的增加会使磁路过饱和，将引起空载电流和铁损的剧增，这是不允许的。为使降频调速时保持主磁通Ф不变或近似不变，则应保持E1/f1=常数或U1/f1＝常数，因此在改变f1的同时应相应的改变定子电动势E1或电压U1。采用E1/f1＝常数的恒磁通降频调速的机械特性如图6-3-6（实线）所示，是一组与自然特性曲线相平行的曲线。
如果在额定频率以上用保持电压U1=Un不变的升频调速，可使变频调速获得更宽的调速范围。但f1的升高会使磁通Ф和最大转矩Tmax减小，因而升频范围有限。恒压升频调速的机械特性曲线如图中上部的虚线所示。
变频调速的特点是可实现无级调速，调速的范围宽，特性硬度不变，转速平稳，但变频电源技术复杂，初投资较大。

第四节 电力拖动系统的制动

电力拖动系统的制动方法有两类：机械的（如电磁铁制动器、液压制动器）和电气的。利用电动机本身产生与其转动方向相反的电磁制动转矩为电气制动。因为电动机有正转电动（n>0，T>0）和反转电动(n<0,T<0)状态，因此就有正转制动(n>0,T<0)和反转制动(n<0,T>0)状态。由此可知电动机的四种运行状态可表示在n-T直角坐标的4个象限中；在第1、3象限内的机械特性曲线分别为正、反转电动状态；第2、4象限内的则分别为正、反转制动状态。电动机与负载的机械特性在四个象限中都有稳定的交点，因此电动机既可以稳定运行于正、反电动状态，也可以稳定运行于正、反制动状态。然而除两特性曲线的交点以外，电动机机械特性曲线上的任何工作点都是处在加速或减速的过渡状态中。
电动机的电气制动方式有三种：即（1）反接制动；（2）回馈（发电）制动；（3）能耗制动，不同的制动方式，其产生的条件和特点不同，应用场合也不尽相同。
下面主要介绍交流三相异步电动机的电磁制动。
图6-4-1 三相异步
电动机的四象限运行
图6-4-2 绕线式异步
电动机的倒拉反接制动
图6-4-1是三相异步电动机四象限运行的特性曲线，三相异步电动机只有在旋转磁场的转向和转子的转向一致、且转子的转速n低于旋转磁场的同步转速n0时，即转差率在0＜S＜1时，它才运行于电动状态。除此而外，都将因旋转磁场对转子绕组的相对切割方向与电动状态时相反而产生制动电磁转矩。
一、 反接制动
当旋转磁场的转向与转子的转向相反时，即转差率S＞1时，则发生反接制动。因此，改变旋转磁场的转向或改变转子的转向都将产生反接制动。
1．改变旋转磁场转向的反接制动
设电动机稳定运行于正转电动状态（图6-4-1中的A点），若突然反接定子绕组接电源的相序，则旋转磁场立即反转，由十n0变为一n0。但转子因惯性不能立即反转，所以两者方向相反，从而产生制动转矩，此时工作点由A跳到第2象限的反向特性曲线的B点。在电磁制动转矩加负载阻转矩的共同作用下反接制动开始，转速迅速下降，工作点由B沿特性曲线下移，直到C点，n＝0，至此反接制动状态结束。但此时电磁转矩T≠0，故电动机将要反转，因此反接制动可用来实现快速反转。对于反抗性负载可采用反接制动实现快速停车，但当n=0时必须及时切断三相电源。
这种反接制动转差率大（s＞1），使定子和转子电流都很大。因为电磁转矩和负载转矩同时对转子进行制动而做功，因此由定子输入的电磁功率和由轴上输入的负载机械功率全部转换为转子电路的电能，并消耗在转子电阻上，将使电动机温升增高，并使转子受到力矩的冲击。所以对于大容量或频繁反转的鼠笼式电动机应避免用反接制动，对于绕线式异步电动机可串人适当大的转子电阻，以减少反接制动电流，分担转子铜损，转子串电阻反接制动的特性曲线如图6-4-1第2象限中的B‘-C’段所示。
图6-4-3 回馈制动减速
2．转子反转的倒拉反接制动
绕线式异步电动机拖动位能负载时，用转子电路串电阻可产生倒拉反接制功，以限制位能负载的下落速度。例如提升负载时电动机工作于图6-4-2的A点，如果此时在转子电路外串一电阻，则转子电流和电磁转矩将突然变小，其人为特性变软（图中的B-C-D线），工作点立即由A跳到B，由于B点的电磁转矩小于负载转矩，转子将减速至零（C点），由于此时电磁转矩仍小于负载转矩，故转子被负载拉着反转，从而产生反接制动。当负载的下落速度使制动转矩增加到等于负载转矩（D点）时，负载将等速下降。
二、回馈制动（再生制动）
当转子的转速超过旋转磁场的转速（S<0）将发生回馈制动，例如电车下坡、深水抛锚或电动起货机转速由高速突然改接为低速时，都会在重力负载或转动系统动能的作用下发生转子的转速超过同步转速的回馈制动。机械特性曲线从正、反n0点分别向第2、第4象限延伸部分是回馈制动特性，如图6-4-1第4象限的E点即为位能负载利用回馈制动进行等速下落的稳定运行工作点。
另外在变极调速或降频调速时，当由高速挡向低速挡转换的初始，旋转磁场的转速立即由高档同步转速变到低挡同步转速，但转子转速n不能立即变低。因此就出现因转子的转速高于低挡同步转速而发生回馈制动的减速过程。 回馈制动的机械特性如图6-4-3第2象限的B-n0／2段曲线所示。在回馈制动转矩和负载转矩的共同作用下， 转速将沿曲线下降而进入n< n0／2的低速正转电动状态，最终稳定运行与C点。
在回馈制动过程中由于转子的转速高于同步转速，因而电机是处于发电机状态，将轴上输入的负载机械能或消耗的系统动能转换为电能而回馈到电网，因此又称为发电制动或再生制动。这种制动用于限速是比较经济的。
三、能耗制动
首先要切除运行异步电动机定子的三相电源，并立即接通直流电源（图6-4-4a）。通入直流电的定子绕组产生空间静止（n0=0）的恒磁通Ф。因惯性仍在原方向转动的转子绕组切割磁通而产生转子电流和电磁转矩，该转矩是制动转矩（图6-4-4b）。在能耗制动过程中通过电磁感应将动能转换为电能，并全部消耗在转子电路中，故称其为能耗制动。能耗制动转矩的大小可通过改变直流励磁电流ID来整定。通常ID为电动机额定电流的0.5到1倍。
图6-4-4 三相异步电动机能耗制动
能耗制动的机械特性：从三相异步电动机降频调速的人为机械特性曲线得到启示，随着定子电流频率的降低，同步n0沿纵轴下移，机械特性也跟着平行下移；当频率为零（即直流）时，机械特性曲线就是通过坐标原点（n0=0）的一条曲线，如图6-4-4（c）所示。这正是能耗制动机械特性。只不过当直流磁通Ф不等于原旋转磁通时，特性曲线的最大转矩和特性曲线的硬度不同而已。
能耗制动转矩随转速的降低而减小，可用来实现快速停车，也常用来限制位能负载的下落速度（图6-4-4c的C点）。

思考题
1. 何谓生产机械的机械特性？主要有哪些类型？
2. 电动机的电动状态和制动状态其电磁转矩和旋转方向的关系如何？
3. 电力拖动系统如何才能稳定运行？
4. 交流异步电动机的起动有几种方式？
5. 星—三角起动其起动电流为什么只有正常起动的1/3 ？
6. 直流电动机为什么不能直接进行起动？
7. 交流异步电动机的调速有几种方式？
8. 何谓三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性？
9. 船舶锚机和起货机通常采用哪种调速方式？
10. 三相异步电动机的制动有那几种方式？