他励直流电动机的机械特性曲线的分析

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Φ＝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 =em T 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n 0。

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β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 。

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 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。

1-2 直流他励电动机一、实验目的1、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。

2、掌握直流他励电动机的调速方法。

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、实验项目1、工作特性和机械特性保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。

2、调速特性（1）改变电枢电压调速保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。

四、实验设备及仪表五、实验方法1、他励电动机的工作特性和机械特性（1）按图1-2接线。

涡流测功机T在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。

Rf 选用D44的1800Ω阻值。

Rst用D44的180Ω阻值。

图1－2 直流他励电动机接线图(2) 将直流他励电动机M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R st调至最大值，接通电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。

（3）M起动正常后，调节电枢电源的电压为220V，将其电枢串联电阻R st 调至零，再调节给定调节增加负载和电动机的磁场调节电阻R f，使电动机达到额定值U＝U N，I＝I N，n＝n N。

此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。

（4）保持U＝U N，I f=I fN的条件下，逐次减小电动机负载。

测取电动机电枢输入电流I a，转速n共取数据9-10组，记录于表1-2中。

表1－2 U＝U N＝V I f=I fN= mA实验数据I a（A）n（r/min）T2（N·m）计算P2（W）P1（W）2 、 调速特性（1）改变电枢端电压的调速1）直流电动机M 运行后，将电枢电阻R 1调至零，再调节给定调节增加负载、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=U N ，I=0.5I N ，I f ＝I fN 记下此时的T 2值。

2）保持此时的即T 2值和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压U a ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U a ，转速n 和电枢电流I a 。

实验二直流他励电动机机械特性测定一、实验目的掌握直流电动机机械特性的测定方法。

二、实验项目1、固有机械特性测定2、电枢回路串电阻人为机械特性测定3、降低电枢电源电压人为机械特性测定三、实验设备该实验是在DDSZ-1型电机及电气技术实验装置上完成的。

本次实验使用设备包括：1、DD01电源控制屏2、两个D31挂件3、D44挂件4、D51挂件5、D42挂件6、D55－1挂件7、DD03测试台、直流发电机和直流电动机本次实验使用DD01电源控制屏下方的直流励磁电源和直流电枢电源。

D31挂件由直流数字电压表、直流数字毫安表、直流数字安培表组成，本次实验使用两块毫安表和两块安培表。

D44挂件由可调电阻器R1、R2，电容器C1、C2和开关S1、S2组成，本次实验使用R1作为直流电动机电枢绕组串联电阻，R2作为直流电动机励磁绕组串联电阻。

D51挂件，由波形测试部分和开关S1、S2、S3组成，本次实验只使用开关S1 。

D42挂件，由三只相同的可调电阻器R1、R2、R3组成。

R1、R2串并联后，作为发电机的负载电阻R L，R3作为发电机励磁绕组串联电阻。

D55－1挂件，由数字转矩表、数字转速表和数字输出功率表组成。

并有转速输入端口和电枢电流输入端口以及5个功能按键。

5个功能按键分别是：复位键、功能鍵、确定键、数位键和数据键。

DD03测试台包括导轨、测速发电机和指针式转速表直流发电机和直流电动机之间是用联轴器直接联接好的，直流电动机，电枢绕组有两个接线端，励磁绕组有两个接线端。

直流发电机，电枢绕组有两个接线端，励磁绕组有两个接线端。

四、实验接线接线之前：开启电源总开关，按下绿色“启动”按钮，将电源控制屏下方的直流电压指示开关切换到电枢电压一侧，接通电枢电源开关，调节“电压调节”旋钮，将电枢电压调到220V后，关断电枢电源开关，按下红色“停止”按钮直流他励电动机机械特性测定实验接线图。

图3-1 直流他励电动机机械特性测定实验接线图直流电动机按他励电动机接线。

他励直流电动机是一种利用直流电源进行驱动的电机，具有转矩大、速度稳定、结构简单、容易控制等优点。

它的机械特性方程是一种描述电动机的力学性能的数学表达式，其具体表达形式为：T=Kt*i，其中T表示他励直流电动机的转矩，Kt表示电机的转矩系数，i表示电机的电流。

他励直流电动机机械特性方程的另一种表达形式为：ω=Kω*i，其中ω表示他励直流
电动机的转速，Kω表示电机的转速系数，i表示电机的电流。

从上述两个机械特性方程可以看出，他励直流电动机的转矩和转速与电流成正比。

当电流增大时，他励直流电动机的转矩和转速也会相应增大；当电流减小时，他励直流电动机的转矩和转速也会相应减小。

此外，他励直流电动机的机械特性方程还可以描述转矩与转速之间的关系，即T=K*ω，其中K表示电机的功率系数，T表示他励直流电动机的转矩，ω表示电机的转速。

从这一关系可以看出，当转速增大时，他励直流电动机的转矩也会增大；当转速减小时，他励直
流电动机的转矩也会减小。

总之，他励直流电动机的机械特性方程可以用来描述电动机的力学性能，揭示转矩和转速与电流之间的关系以及转矩与转速之间的关系，为电动机的设计和控制应用提供了重要的参考。

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 。