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、实验目的了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性二、预习要点1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。

三、实验项目1、电动及回馈制动状态下的机械特性2、电动及反接制动状态下的机械特性3、能耗制动状态下的机械特性四、实验方法1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D44按图1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。

R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。

3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性(1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R 3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。

(2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。

开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。

(3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R 2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M 起动运转。

调节“电枢电源”电压为 220V ；调节R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。

他励直流电机的固有机械特性
转速特性：他励直流电动机的转速特性整理后得到 2N
T e S a N e N C C R R C U n Φ+-Φ=
（3-1）
图3-2 直流电机的工作原理图
忽略电枢反应的去磁效应，转速与负载电流按照线性关系变化，负载电流增加时，转速会下降。

转矩特性：当N U U =,fN I I =时，)(a em I f T =的关系叫转矩特性。

根据直流电机电磁转矩的公式
a N T em I C T Φ=
（3-2）
由此公式得出，忽略电枢反应情况下电磁转矩与电枢电流成正比，考虑电枢反应主磁通的下降，电磁转矩上升的速度比电流上升的速度要慢一些，曲线的斜率也会有下降。

效率特性 ：当N U U =,N I I f =时，)(a I f =η的关系较效率特性。

a
N a a I U I R P P P P P P 2021211+-=∑+∑-==η (3-3)
空载损耗
P是不随负载变化的，负载电流较小时效率较低，输入的功
率大部分消耗在空载损耗上；负载电流增大效率也会增大，输入的功率大部分消耗在机械的负载上，但当负载电流增大到一定的时候铜损快速增大，此时的效率开始变小。

他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性他励电机属于直流电机，是指电机的励磁线圈和电枢绕组是分开的电机，励磁电流单独提供，与电枢电流无关。

他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电。

他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。

但这种电动机调运范围很宽，多用于主机拖动中。

1、固有机械特性
固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为；
固有机械特性曲线如右上图所示，由于电枢电阻Ra比较小，则？n也比较小，所以他励直流电动机的固有机械特性是比较“硬”的。

2、人为机械特性
人为机械特性是人为地改变电动机回路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（2-4）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。

（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性
保持U =UN ，Φ=ΦN ，R =Ra+Rpa，电枢回路串电阻人为机械特性的方程式为；
与固有特性相比，理想的空载转速不变，但转速降？n增大，特性变“软”，当Rpa越大，？n也越大，特性越“软”，如图中曲线1，2所示。

这类人为机械特性是一组通过n0但具有不同斜率的直线。

他励直流电动机串电阻时的机械特性
从图上可见，当负载转矩TL不变时，只改变电阻Rpa的大小，可以改变电动机的转速，例如TL=TN，电枢回路串电阻Rpa=0，转速na，当Rpa=Rpa1，转速nb，Rpa=Rpa2，转速nc，因此，电枢回路串电阻的方法，可用于他励直流电动机调速。

（2）改变电枢端电压时的人为机械特性。

（二）他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机电路原理图
002em em e e T U R n T n T n n C C C βφφ
=-=-=-∆ 机械特性曲线：当U 、R 、φ为常数时，他励直流电动机的机械特性是一条以β为斜率向下倾斜的直线，如图所示。

图2-14他励直流电动机的机械特性
机械特性的硬度: β越大，特性越陡，称为软特性；
β越小，特性越平，称为硬特性；
表明机械特性曲线的下垂程度。

1、他励直流电动机的固有机械特性
当N U U =,N φφ=,a R R =()0s R =时的机械特性称为固有机械特性。

其方程式为 2N a em e N e T N
U R n T C C C φφ=
-， 2、人为机械特性
1）电枢串电阻时的人为机械特性
保持N U U =,N φφ=不变，只在电枢回路串入电阻s R 的人为特性。

他励直流电动机的人为机械特性（串电阻）一.直流电机基本工作原理与结构直流电机是指能输出直流电流的发电机，或通入直流电流而产生机械运动的电动机。

直流电动机具有良好的起动性能和宽广平滑的调速特性，因而被广泛应用于电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和起动设备等需要经常起动并调速的电气传动装置中。

直流发电机主要作直流电源。

此外，小容量直流电机大多在这种控制系统中以伺服电动机、测速发电机等形式作为测量、执行元件使用。

1.直流电动机的工作原理图1.直流电动机工作原理若把上述电机模型作为直流电动机模型，如图2所示，由外电源由电刷A引入直流电源，使电流从正极电刷A流入，由负极电刷B流出。

此时，线圈中电流的路径：电源正极——电刷A——a——b——c——d——电刷Ｂ——电源负极。

根据左手定则确定的电磁方向可知，此时的电磁转矩是逆时针的。

设电枢在电磁转矩的作用下按逆时针方向旋转，当线圈边ａｂ由Ｎ极下面转到Ｓ极下面，线圈边ｃｄ由Ｓ极下面到Ｎ极下面时，由于换向器的作用，使线圈中的电流改变方向，此时电流的路径：电源正极——电刷——ｄ——ｃ——ｂ——ａ——电刷Ｂ——电源负极。

因为各磁极下线圈中的电流方向并不改变，所以就保证了电磁转矩的方向不变，从而使电枢能够连续旋转。

2.直流电机的基本结构（1）直流电机的静止部分1、主磁极2、机座3、换向极4、电刷装置（2）直流电机的转动部分1、电枢铁心2、电枢绕组.3、换向器.图2.电枢铁芯直流电机的额定值直流电机的额定数据有：1、额定功率 P N（瓦/千瓦，W/KW）2、额定电压 U N（伏V）3、额定电流 I N（安A）4、额定转速 n N (转/分 r/min)5、额定励磁电压 U Fn（伏V）6、额定励磁电流 I fN（安A）二、他励直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性是指：在U1=UN，If=IfN的条件下，电枢回路无外接电阻时，转速n和转矩Tem以及效率与输出功率之间的关系。

浅析：他励直流电‎动机的机械‎特性在电源电压‎U 和励磁电‎路的电阻R ‎f 为常数的‎条件下，表示电动机‎的转矩n 和‎转矩之间的‎关系n=f （T ）曲线，称为机械特‎性曲线。

利用机械特‎性和负载转‎矩特性可以‎确定拖动系‎统的稳定转‎速，在一定条件‎下还可以利‎用机械特性‎和运动方程‎式分析拖动‎系统的动态‎运动情况，如转速、转矩及电流‎随时间的变‎化规律。

可见，电动机的机‎械特性对分‎析电力拖动‎系统的启动‎、调速、制动等运行‎性能是十分‎重要的。

下图是他励‎直流电动机‎的电路原理‎图，他励直流电‎动机的机械‎特性方程式‎，可由他励直‎流电动机的‎基本方程式‎导出。

由公式 ， 和 导出机械特‎性方程式 ( 1-1 )他励直流电‎动机电路原‎理图当电源电压‎U =常数，电枢回路总‎电阻R ＝常数，励磁磁通F ‎＝常数时，电动机的机‎械特性如下‎图所示，是一条向下‎倾斜的直线‎，这说明加大‎电动机的负‎载，会使转速下‎降。

特性 曲线与纵轴‎的交点为n ‎0时的转速，称为理想空‎载转速。

他励直流电‎动机的机械‎特性a a a R I E U+=n E a Φe C =φa T em I C T =emT R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φe 0C U n =实际上，当电动机旋‎转时，不论有无负‎载，总存在有一‎定的空载损‎耗和相应的‎空载转矩，而电动机的‎实际空载转‎速 将低于n0‎。

由此可见式‎（1-1）的右边第二‎项即表示电‎动机带负载‎后的转速降‎，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲‎线的斜率。

β越大， 越大，机械特性就‎越“软”，通常称b 大‎的机械特性‎为软特性。

一般他励电‎动机在电枢‎没有外接电‎阻时，机械特性都‎比较“硬”。

机械特性的‎硬度也可用‎额定转速调‎整率△n N%来说明，转速调整率‎小，则机械特性‎硬度就高。

电动机的机‎械特性分为‎固有机械特‎性和人为机‎械特性 。

实验报告他励直流电动机的机械特性一、实验原理1、当在他励直流电动机上加上一定电压U和一定的励磁电流时，电磁转矩与转速之间将呈现的关系。

而励磁电压，励磁转矩T=。

可得。

这便是直流他励电动机机械特性的一般表达式。

实验中可以先不串电阻R，测量出励磁电流和相应转速n的一系列对应值，作图得出的空载转矩，并得出和的值。

串入R后得出T的另外对应值，作图得出的他励直流电动机的机械特性曲线2、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

3、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。

4、熟悉他励电动机的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。

5、掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。

二、实验注意事项1、实验时，人体不可接触带电线路。

2、接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

3、学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。

实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。

4、电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。

5、总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。

6、在做直流电动机实验时，要注意开/关机顺序先开“直流电机励磁电源”，后开“可调直流稳压电源”先关“可调直流稳压电源”，后关“直流电机励磁电源”三、实验安全要求1、实验时，人体不可接触带电线路。

2、接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

3、学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。

实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。

4、电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。

5、总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。

实验1 直流他励电动机的人为机械特性一、实验目的了解和测定他励直流电动机的人为机械特性二、预习要点1、改变他励直流电动机的机械特性有哪些方法？2、什么叫电动机的人为机械特性？3、他励直流电动机的人为机械特性有哪几种？画出典型的机械特性曲线。

三、实验项目1、电枢回路中串接附加电阻时的人为机械特性；2、改变电枢电压时的人为机械特性；3、改变磁通Ф时的人为机械特性。

四、实验方法1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D443、实验接线图1'励磁电源电枢电源图 1 他励直流电动机人为机械特性测定的实验接线图按图1接线，其中(1) M 用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)； (2) MG 用编号为DJ23的校正直流测功机； (3) 直流电压表V1、V2的量程为1000V ； (4) 直流电流表A1、A3的量程为200mA ； (5) 直流电流表A2、A4的量程为5A ；(6) 可调电阻R1选用D44上的1800Ω加上180Ω串联共1980Ω阻值； (7) 可调电阻R2选用D42上的900Ω并联900Ω共450Ω阻值；(8) 可调电阻R3选用D42上的1800Ω加上D41上的180Ω共1980Ω阻值； (9) 可调电阻R4选用D42上的1800Ω加上D41上的4个90Ω串联共2160Ω； (10) 开关S1、S2选用D51上的双刀双掷开关。

4、电枢回路中串接附加电阻时的人为机械特性测定 操作步骤：(1) 可调电阻的设定：R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。

(2)开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端接通电枢电源，S 2合向2'短接端(见图1)。

(3) 开机时必须检查的事项：➢控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置；➢R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置。

实验一他励直流电动机机械特性的测定一.实验目的1．掌握用实验方法测取他励直流电动机的工作特性和机械特性。

2．掌握他励直流电动机的调速方法。

二.预习要点1．什么是直流电动机的工作特性和机械特性？2．直流电动机调速原理是什么？三．实验设备及仪器1．SMCL电力电子及电气传动教学实验台的主控制屏。

2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13F）。

3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）。

4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。

5. 直流励磁及电源（NMEL－18A）。

6．他励直流电动机M03。

7．开关板（NMEL-05B）。

8．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）。

四．实验内容1．学习起动直流电动机。

2．测定他励直流电动机固有机械特性。

3．测定改变电源电压及串电阻的人为机械特性。

五．实验方法1 . 他励直流电动机固有机械特性的测定M03为他励直流电动机U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min，P N=185W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f≤0.080A。

直流电压表V为220V可调直流稳压电源自带；直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；按图1-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置。

实验步骤：（1）R2电阻位于NMEL-09中间电阻，顺时针调到底（最小）；（2）R1电阻位于NMEL-04最上面电阻，逆时针调到底（最大）；（3）R4电阻位于NMEL －03最上面电阻，逆时针调到底（最大）； （4）NMEL-05B 开关S 1合向“1”端（5）按下绿色“闭合”电源开关按钮（左下方主电源开关）； （6）调节电压调节电位器，使电压输出显示（V ）显示220V ； （7）按下NMEL-18复位按钮，电机起动后将R1顺时针调至底；（8）调节NMEL －09上中间励磁电阻，使转速显示为1500转，读取电枢电流，转速（n=1500n/min ）；（9）在不串电阻的情况下，调节测功机“转速转矩给定”，使电枢电流在额定内的变化，读取8组数据：（Ia=0.1，0.15，0.2，0.25，0.3，0.35，0.4，0.45）记录电流I a ，转速n ，转矩T 2；（10）保持U=U N ，I f =I fN 不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a 、转速n 和转矩T 2，共取数据8组填入表1-1中。