3.3直流电动机的机械特性

U N − I N Ra 故 K eΦ N = nN (3) 求理想空载转速 求理想空载转速: UN n0 = 得 (0 , n0 ) K eΦ N (4) 求额定转矩 求额定转矩: PN PN TN = = 9.55 得 (TN , nN ) ϖN nN
根据 (0 , n0 )、(TN , nN ) 两点，就可作出他励直流电动机近似机械特性曲线 两点，就可作出他励直流电动机近似机械特性曲线 近似
电枢回路部分 U = E + I a Ra
励磁回路部分
式中: 式中 U ——外加电枢电压（V）； 外加电枢电压（ ）； 外加电枢电压 感应电势（ ） 感应电势 E ——感应电势（V）； 电枢电流（ ） 电枢电流 I a ——电枢电流（A）； Ra ——电枢回路内阻（ ） 电枢回路内阻（ 电枢回路内阻
式中： 式中：η N =
PN UN IN Ia = I N
是额定运行条件下电动机的效率， 是额定运行条件下电动机的效率，且此时
故得
PN U N Ra = (0.5 ~ 0.75)(1 − ) UN IN IN
K (2) 求 eΦ N 额定运行条件下的反电势为： 额定运行条件下的反电势为： E N = K eΦ nN = U N − I N Ra
Ra K e K mΦ N
2
T
空载速度随着U的减小而减小； 空载速度随着 的减小而减小； 的减小而减小
特性硬度不变 由于电动机电枢绕组绝缘 耐压强度的限制， 耐压强度的限制 ， 电枢电压只 允许在其额定值以下调节， 所 允许在其额定值以下调节 ， 以 ， 不同值的人为特性曲线均 在固有特性曲线之下。 在固有特性曲线之下。
(1) 估算电枢电阻 a 估算电枢电阻R 依据：电动机在额定负载下的铜耗 约占总损耗∑ 依据：电动机在额定负载下的铜耗Ia2Ra约占总损耗∑∆ PN的 50%～75%。 ～ 。
输入功率－ Q ∑∆ PN＝输入功率－输出功率 ＝ U NI N − PN ＝ U N I N − η NU N I N ＝(1 − η N )U N I N ∴ I a 2 Ra = (0.5 ~ 0.75)(1 − η N )U N I N
U n0 = K eΦ
2. 转速降落
R a n −n= T 2 0 K K Φ e m
3. 机械特性硬度 为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念， 为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念， 其定义为： 其定义为： dT ∆ T β= = × 100% dn ∆ n
即转矩变化与所引起的转速 变化的比值， 变化的比值，称为机械特性的硬 度。 值的不同， 根据β值的不同，可将电 动机机械特性分为三类。 动机机械特性分为三类。
随着电阻的增加，转速降落增加； 随着电阻的增加，转速降落增加； 特性变软
2. 改变电枢电压 时的人为特性 (Φ = Φ N , Rad = 0 ) 改变电枢电压U时的人为特性
UN Ra T 把n = − 2 K eΦ N K e K mΦ N
转速降落不变； 转速降落不变；
与n =
U K eΦ N
−
3．改变磁通Φ 时的人为特性 (U = U N , Rad = 0) ．
UN Ra UN Ra T 与n = 把n = − T − 2 2 K eΦ N K e K mΦ N K eΦ K e K mΦ 理想空载转速随磁通的改变而变化； 理想空载转速随磁通的改变而变化；
转速降随磁通的改变而变化。 转速降随磁通的改变而变化。 特性变软
电压平衡方程式为： 电压平衡方程式为：U = E + I ( R + R ) N a a ad 得到的人为机械特性方程式为： 得到的人为机械特性方程式为： = U N − Ra + Rad T n 2 K eΦ N K e K mΦ N
UN Ra + Rad UN Ra T T 与n = − 把n = − 2 2 K eΦ N K e K mΦ N K eΦ N K e K mΦ N 空载速度不变； 空载速度不变；
3．3 直流他励电动机的机械特性 ． 一、机械特性的一般形式 电动机的机械特性指的是转速与电磁转矩之间的关系。 电动机的机械特性指的是转速与电磁转矩之间的关系。 转速与电磁转矩之间的关系 不同励磁方式的电动机，其运行特性也不尽相同， 不同励磁方式的电动机，其运行特性也不尽相同，下面主要介 绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性。 绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性。 如图所示为直流他励电动机的原理电路图。 如图所示为直流他励电动限制， 由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流 和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节； 磁通只能在低于其额定值的范围内调节 和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节； 当磁通过分削弱后： 当磁通过分削弱后： （1）如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载； ）如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载； （2）当Φ＝0时，从理论上说，空载时电动机速度趋近∞ ，通常 ） 时 从理论上说，空载时电动机速度趋近∞ 称为“飞车”； 称为“飞车” 当电动机轴上的负载转矩大于电磁转矩时，电动机不能启动， 当电动机轴上的负载转矩大于电磁转矩时，电动机不能启动， 电枢电流为I 长时间的大电流会烧坏电枢绕组。 电枢电流为 st，长时间的大电流会烧坏电枢绕组。 因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流， 因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转过程 中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为此，直流他励电动 决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为此， 机在使用中，一般都设有“失磁”保护。 机在使用中，一般都设有“失磁”保护。
励磁电流I 励磁电流 f的大小与电枢电流 Ia的 大小无关，它的大小只取决于 Rf、 大小无关， Uf的大小，当 Rf、 Uf的大小一定 的大小， 为定值， 为定值。 时, If为定值，即磁通Φ为定值。 对应的机械特性如图所示： 对应的机械特性如图所示：
理想空载点
1. 理想空载转速： 理想空载转速： T=0时的转速称为理想空载转 时的转速称为理想空载转 表示。 速，用n0表示。 根据机械特性可知： 根据机械特性可知：
T ∵ E = K eΦ n、 = K mΦ I a ∴U = K eΦ n + I a Ra Ra U I a ……转速特性 − 即： n = 转速特性 K eΦ K eΦ
Ra U n= T ……机械特性 − 机械特性 2 K eΦ K e K mΦ 由他励电动机的特性可知： 由他励电动机的特性可知：
直流他励电动机固有机械特性曲线可根据电动机的铭牌数据求 出(0,n0 )和(TN, nN)即可绘出固有的近似的机械特性。 即可绘出固有的近似的机械特性。 和 即可绘出固有的近似的机械特性 通常直流电动机铭牌上给出额定功率P 通常直流电动机铭牌上给出额定功率 N 、额定电压 UN 、额 定电流IN和额定转速 nN。 定电流 固有机械特性的计算步骤如下。 固有机械特性的计算步骤如下。
n = f (T )。
三、人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压U和励磁磁 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压 和励磁磁 的大小以及电枢回路串接附加电阻R 通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻 ad所得到的机械特性。 的大小以及电枢回路串接附加电阻 所得到的机械特性。 1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 (U = U N ,Φ = Φ N )
dT ∆ T β= = × 100% dn ∆ n
→∞:交流同步电动机 （1）绝对硬特性β→∞ 交流同步电动机 ） （3）软特性β<10 ：直流串励电动机 ）
（2）硬特性β>10：直流他励电动机、交流异步电动机曲线上部 ） ：直流他励电动机、
二、固有机械特性 直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件（ 直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件（额定电压 UN和额定磁通 ΦN )下和电枢电路内不外接任何电阻时的 n=f(T) 下和电枢电路内不外接任何电阻时的 即: UN Ra n= T 是一条直线。 − 是一条直线。 2 K eΦ N K e K mΦ N