第7讲 他励直流电动机的机械特性

1、 1、固有机械特性、固有机械特性 2、人为机械特性、人为机械特性 3、串励和复励直流电动机、串励和复励直流电动机第第7讲讲 他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性一、机械特性的一般表达式一、机械特性的一般表达式 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压是指电动机在电枢电压U、励磁电流、励磁电流If、电枢回路电阻电枢回路电阻Ra为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系。的转速与电磁转矩之间的关系。n = f (T)20UIRRRRUnTCCC CnT aaaeeet()0eUnC 2aeT

2、RRC C 其中：其中： 称为理想空载转速；称为理想空载转速； 称为机械特性的斜率。称为机械特性的斜率。二、他励直流电动机固有机械特性二、他励直流电动机固有机械特性02aURnTnTC C C NeNetN当当 时的机械特性称为固有机械特性：时的机械特性称为固有机械特性：0NNUU , ,R 他励直流电动固有机械特性有以下特点：他励直流电动固有机械特性有以下特点：（1）电磁转矩越大，转速越低，是一条下）电磁转矩越大，转速越低，是一条下斜直线；斜直线；二、他励直流电动机固有机械特性二、他励直流电动机固有机械特性（3）斜率）斜率 ，其值很小，特性较平，为硬特性，转矩变，其值很小，特性较平，为硬特性

3、，转矩变化时，转速变化很小，斜率大时，称为软特性。化时，转速变化很小，斜率大时，称为软特性。2RC C aetN0NeNUnnC （2）T=0时，时， 为理想空载转速。此时为理想空载转速。此时Ia=0，Ea=UN;0NNNnnnT（4）当）当T=TN，n=nN，转速差，转速差 为额定转速差。为额定转速差。二、他励直流电动机固有机械特性二、他励直流电动机固有机械特性（5）n=0时，即电机启动时，时，即电机启动时， ，电枢电流，电枢电流 称为启动电流，称为启动电流，电磁转矩电磁转矩称为启动转矩。由于电枢电阻较小，称为启动转矩。由于电枢电阻较小，启动电流和转矩都比额定值大。启动电流和转矩都比额定值大

4、。0aeNECn NasaUIIRTCIT tss以上分析时机械特性在第一象限的情况，有：以上分析时机械特性在第一象限的情况，有：0s0Na; 0; 0TTnnUE二、他励直流电动机固有机械特性二、他励直流电动机固有机械特性（6）若）若 TTs ，nTs，则，则IaIs，即，即成立，只有成立，只有Ea0，n0，机械特性在第四象限。，机械特性在第四象限。NaNasNaNaa; UEUIIUEURR 0MaaPE IT 10NaPU I（7）若）若Tn0，此时电磁转矩方向与转速相反，由拖，此时电磁转矩方向与转速相反，由拖动性变为制动性，此时动性变为制动性，此时IaUN，转速，转速nn0，机械特性在

5、第二象限，实际上他励直流电机的电磁功机械特性在第二象限，实际上他励直流电机的电磁功率率 ，输入功率，输入功率 ，电机工，电机工作在发电状态。作在发电状态。例题例题3-8；3-9（一）电枢串电阻时的人为机械特性（一）电枢串电阻时的人为机械特性特点：特点： （）理想空载转速（）理想空载转速n0不变不变 （）（） n与与成正比成正比 R n n 特性曲线为通过特性曲线为通过n0点的射线点的射线2aURRnTCC C NeNetNU=UN， = N，串电阻串电阻R三、他励直流电动机人为机械特性三、他励直流电动机人为机械特性当改变当改变 或或 或或 得到的机械特性称为人为机械特性。得到的机械特性称为人为

6、机械特性。UaRnn0T0R1R2RaRa+R1Ra+R2固有固有 人为人为（二）改变电枢电压时的人为机械特性（二）改变电枢电压时的人为机械特性Ra = N特点：特点： （）（）n0 U （）（） n与与无关无关 U n0 n ， 一组平行线一组平行线2RUnTCC CaeNetN三、他励直流电动机人为机械特性三、他励直流电动机人为机械特性2URnTCC C Naeet（三）减弱磁通时的人为机械特性（三）减弱磁通时的人为机械特性UN ，Ra三、他励直流电动机人为机械特性三、他励直流电动机人为机械特性改变每极磁通的人为机械特性改变每极磁通的人为机械特性如图所示，特性较软。如图所示，特性较软。四、

7、根据电机铭牌估算机械特性四、根据电机铭牌估算机械特性(1)(1)根据经验估算根据经验估算EaN:0 930 97aNN(-)E.U 0NaNNNeNeNNNaUEUI RnCCnn eNC aNE由理想空载转速公式可得：由理想空载转速公式可得：由上式可知，如果能知道额定电枢电动势由上式可知，如果能知道额定电枢电动势 或或Ra，便可以，便可以求出求出 ，从而求出理想空载转速，从而求出理想空载转速n0。 根据理想空载点（根据理想空载点（n0，0）和额定工作点（）和额定工作点（nN，TN）就可）就可以通过这两点连成直线，就是电机的固有机械特性曲线。以通过这两点连成直线，就是电机的固有机械特性曲线。

8、在电机的铭牌数据中，可以知道在电机的铭牌数据中，可以知道nN，而理想空载转速，而理想空载转速n0和额定转矩和额定转矩TN却是未知的。却是未知的。四、根据电机铭牌估算机械特性四、根据电机铭牌估算机械特性具体步骤：具体步骤： (1)估算估算EaN或实测（或估算）或实测（或估算）Ra；(2)计算计算 ; eNC (3)计算理想空载转速计算理想空载转速n0：(4)计算计算TN;21223()NNNaNU IPRI (2)根据所选直流电机，实测或者估算电枢回路电阻根据所选直流电机，实测或者估算电枢回路电阻Ra:表示电动机额定运行时，电枢铜耗占总损耗的表示电动机额定运行时，电枢铜耗占总损耗的1/2到到1/

9、3。（二）人为特性的绘制（二）人为特性的绘制 在固有机械特性方程在固有机械特性方程 n=n0 -T的基础上，根据的基础上，根据人为特性所对应的参数人为特性所对应的参数 R 或或 U 或或 变化（感应变化（感应电动势和电磁转矩等会相应变化），重新计算电动势和电磁转矩等会相应变化），重新计算n0 和和，然后得到人为机械特性方程式。，然后得到人为机械特性方程式。例题例题3-10四、根据电机铭牌估算机械特性四、根据电机铭牌估算机械特性 解：解：（1 1）估算）估算R Ra a221220 250500000 0422 250().NNNaNU IPRI （2 2）计算）计算C Ce en n22025

10、0 0 040 18261150.NNaeNNUI RCn 五、串励直流电动机的机械特性五、串励直流电动机的机械特性如右图为串励直流电动机框图，如右图为串励直流电动机框图，当当I Ia a较小，磁路不饱和时：较小，磁路不饱和时：电机转速可以表示为：电机转速可以表示为：其中，其中，电磁转矩方程可写为：电磁转矩方程可写为：其中，其中，从而得到电机转速公式：从而得到电机转速公式：eefaf;aCC KRRRR aaaeeaeUI RRUnCC IC affff;aIIK IK I 2ttftaaaTCIC I IC IttfCC K TaeeCRUnCCT R五、串励直流电动机的机械特性五、串励直流

11、电动机的机械特性 曲线如图曲线如图3，电机转速与转矩平方根成反比，当电磁电机转速与转矩平方根成反比，当电磁转矩增大，转速降低很快，机械特性很软。转矩增大，转速降低很快，机械特性很软。 若电流若电流Ia太大，磁路饱和，太大，磁路饱和，基本不变，机械特性接近基本不变，机械特性接近于他励直流电动机，机械特性变硬。于他励直流电动机，机械特性变硬。总结：总结：（1）是一条非线性的软特性；）是一条非线性的软特性；（2）当电磁转矩非常小时，）当电磁转矩非常小时，转速很高所以不允许空载运行；转速很高所以不允许空载运行；（3）电磁转矩与电枢电流的平）电磁转矩与电枢电流的平方成正比，因此启动转矩方成正比，因此启动转矩大，大，过载倍数强。过载倍数强。 如图为复励直流电动机的如图为复励直流电动机的接线图。若串励和并励绕组的接线图。若串励和并励绕组的极性相同，称极性相同，称积复励积复励，否则为，否则为差复励差复励。 积复励直流电动