第7讲 他励直流电动机的机械特性概要

直流他励电机是一种直流电机，其励磁线圈和电枢绕组是分开的，励磁电流由单独的电源提供，与电枢电流无关。

以下是直流他励电机的特点：
1. 调速范围宽：由于励磁电流可以独立控制，所以直流他励电机的调速范围很宽。

2. 控制方便：这种电机可以通过改变电枢的供电电压来控制转速，不需要换向接触器和再生制动接触器，控制器可以控制正反转。

3. 节约成本：由于不需要换向接触器和再生制动接触器，所以成本较低。

4. 再生制动和平滑制动：他励电动机具有再生制动和平滑制动功能，可以减少电机发热，保护电动机，延长使用寿命。

5. 独立励磁线圈和电枢线圈：他励电动机的励磁线圈和电枢线圈是分开的，这有利于换向，并且电枢电流比励磁电流大。

总的来说，直流他励电机是一种性能优良、控制方便的电机，在电力、汽车、船舶、航空、农业等各个领域都有广泛的应用。

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 。

他励直流电动机工作特性
工作特性：U=UN，If=IfN，电枢回路不串电阻的状况下，负载P2变化时，电机的转速n、转矩T、效率η分别随输出功率P2变化的关系曲线。

一、转速特性n=f(P2)
U = CeΦ n+IaRa+2ΔUs
n=(U-2ΔUs-IaRa) / (CeΦ)
影响转速n的因素有二：1）电流Ia增大时电枢电阻压将IaRa也增大，使转速趋于下降；2）电流增大时，电枢反应的去磁作用使得磁通Φ下降，使转速趋于上升。

一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速降低。

由于电阻Ra的值很小，所以转速下降比较平缓。

电流增大，电压恒定时意味着P2增大，所以n=f(P2)是一条较平的下降曲线（硬特性）。

二、转矩特性T = f (P2)
T=T2+T0=P2/(2nπ/60) + T0
他励直流电动机在负载变化时，转速变化很小，可以近似认为T0=常数。

假如不考虑转速的变化，则T=f (P2)为一条直线，考虑到转速略有下降，所以T=f (P2)为一条略微上翘的曲线。

三、效率特性η = f (P2)。

图5-4 并励直流电动机电路图并励直流电动机的机械方程式可以从公式a e E C n =Φ，U =U I R -图5-5 并励电动机的机械特性二、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：2e e T C C C N aN NU R n T ΦΦ=-（5-5）固有机械特性如图5-6中的曲线 a R R = 所示，由于a R 较小，故并励直流电动机固有机械特性为硬特性，这种特性适用与负载变化时要求转速比较稳定的场合，经常用金属切削机床、造纸机械等要求恒速的地方。

必须注意的是：当磁通过分削弱后，如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载。

另外，当ϕ=0时，从理论上说，电动机的空载转速将趋于∞，实际上励磁电流为零时，电动机尚有剩磁，这时转速虽不趋于∞，但会升到机械强度所不允许的数值，通常称为“飞车”，因此，直流并励电动机起动前必须先加励磁电流，在运转过程中，绝不允许励磁电路断开或励磁电流为零。

为此，直流并励电动机在使用中，一般都设有“失磁”保护。

…………………………………………第 二 课 时三、人为机械特性人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（5-4）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，并励电动机有下列三种人为机械特性。

⒈电枢串电阻时的人为机械特性此时 N U U =，N ΦΦ=，a pa R R R =+，人为机械特性的方程式为：图5-7 并励电动机改变电枢电压的人为机械特性⒊减弱磁通时的人为机械特性可以在励磁回路内串接电阻fL R 或降低励磁电压f U 来减弱磁通，此时N U U =， 0pa R =，机械特性方程式为；2e e T C C C N aU R n T ΦΦ=-（5-8）由于磁通Φ 的减少，使得理想空载转速0n 和斜率β 都增大，其特性曲线，如图5-8所示。

他励、串励、并励、复励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。

他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。

他励直流电动机工作特性 1. 转速特性2. 转矩特性TT C C '=Φ3. 效率特性a ae e R U n I C C =+ΦΦe T a Ta T C I C I '==Φ2Fe mecCufaaa c21a f 2Δ100%1()pp p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥+⎣⎦应用领域他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。

如大型车床、龙门刨床。

二、串励直流电动机的机械特性，串励电动机的机械特性为双曲线，转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性Rj=0为自然机械特性Rj不等于零为人工机械特性工作特性电动势平衡方程式电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式（其中，R fc 为串励绕组电阻）应用领域串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。

a e a a E C n C I n'==Φe 20T T T =+2e T a T aT C I C I '==Φae f C C K '=TT f C C K '=2e 200602πP T T T T n=+=+⋅三、并励直流电动机的机械特性n0为理想空载转速,与端电压有关，直线斜率k<0,表明n是T的减函数，其下降速率与调节电阻Rj大小有关。

Rj=0为自然机械特性Rj不等于零为人工机械特性Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。

即硬度高。

工作特性1. 转速特性当U=U N , I f =I f N 时，n=f (I a )的关系曲线如图2. 转矩特性当U=U N ,I f =I fN 时，T e =f (I a )的关系曲线如图e T a Ta T C I C I '==ΦTT C C '=Φ3. 效率特性当U=U N ,I f =I fN 时，η=f (I a )的关系曲线如图2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1()p p p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥+⎣⎦应用领域并励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。

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。