华中科技大学：《机电传动控制》课程教学资源（PPT课件）第三章 直流电机的工作原理及特性（3.2）直流他励电动机的机械特性

3.2直流他励电动机的机械特性 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。 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 如图所示为直流他励电动机的原理电路图。 R ERa ,M))n

3．2 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。 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。 如图所示为直流他励电动机的原理电路图

R ERa M 电枢回路部分励磁回路部分 U=E+laRa 式中:U外加电枢电压(V); E—感应电势(V); 电枢电流(A); Ra—电枢回路内阻(g)

aRa U = E + I 式中: U ——外加电枢电压（V）； E ——感应电势（V）； a I ——电枢电流（A）； Ra ——电枢回路内阻（Ω） 电枢回路部分 励磁回路部分

E=KnT=Km①la∴U=Ke①n+aRa 即 n K,①K Ia∴转速特性 e KO KK① 机械特性 由他励电动机的特性可知: 力磁电流l的大小与电枢电流l的 小无关,它的大小只取决于Rr 4n r的大小,当R、U的大小一定 于,I为定值,即磁通φ为定值 对应的机械特性如图所示:

∵ E = Ke n、 m a T = K  I ∴ e aRa U = K  n + I 即： a e a e I K R K U n   = − ……转速特性 T K K R K U n 2 e m a e  = − ……机械特性 由他励电动机的特性可知： 励磁电流If的大小与电枢电流 Ia的 大小无关，它的大小只取决于 Rf、 Uf的大小，当Rf、 Uf的大小一定 时, If为定值，即磁通为定值。 对应的机械特性如图所示：

1.理想空载转速: 理想空载点 T=0时的转速称为理想空载转 4n 速,用m表示。 根据机械特性可知 T K④ 2.转速降落 R T K K 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, 其定义为: dT AtT 100% dn△n

1. 理想空载转速： T=0时的转速称为理想空载转 速，用n0表示。 根据机械特性可知： e  0 K U n = 2. 转速降落 T K K R n n 2 e m a 0  − = 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， 其定义为： 100% Δ Δ d d = =  n T n T  理想空载点

即转矩变化与所引起的转速 变化的比值,称为机械特性的硬 4n 度 dr 根据值的不同,可将电 动机机械特性分为三类。 (1)绝对硬特性 dT AT B (2)硬特性β10 M4x100% d (3)软特性10

即转矩变化与所引起的转速 变化的比值，称为机械特性的硬 度。 根据值的不同，可将电 动机机械特性分为三类。 （1）绝对硬特性→ （2）硬特性>10 （3）软特性<10 100% Δ Δ d d = =  n T n T 

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(额定电压 U和额定磁通)下和电枢电路内不外接任何电阻时的n=f(T 即 RaT是一条直线。 e e m 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,m)和(TN,n)即可绘出固有的机械特性。 通常直流电动机铭牌上给出额定功率P、额定电压UN、额 定电流Ⅰ和额定转速。 固有机械特性的计算步骤如下

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（额定电压 UN和额定磁通N )下和电枢电路内不外接任何电阻时的 n=f(T) 即: T K K R K U n 2 e m N a e N N   = − 是一条直线。 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)即可绘出固有的机械特性。 通常直流电动机铭牌上给出额定功率PN、额定电压 UN、额 定电流IN和额定转速nN。 固有机械特性的计算步骤如下

(1)估算电枢电阻R 依据:电动机在额定负载下的铜耗/n2Rn约占总损耗∑△P的 50%~75%。 ∑AR=输入功率一输出功率 FUNIN-PN FUNIN-nNUNIN =(1-7N)UN aRa=(0.5~0.75)(1-7N)UNIN 式中:TN=UN1N 是额定运行条件下电动机的效率,且此时 故得 a=(0.5~0.75)(1-

(1) 估算电枢电阻Ra 依据：电动机在额定负载下的铜耗Ia 2Ra约占总损耗 PN的 50%～75%。 I R UN IN U I U I U I U I P P (0.5 ~ 0.75)(1 ) (1 ) Δ a N 2 a N N N N N N N N N N N N     = − − − −  ＝ ＝ ＝  ＝输入功率－输出功率 式中： N N N N U I P  = 是额定运行条件下电动机的效率，且此时 Ia = IN 故得 N N N N N a (0.5 ~ 0.75)(1 ) I U U I P R = −

(2)求N n 额定运行条件下的反电势为: N=Ke①N=UN-N 故K iN Ra 正转 n (3)求理想空载转速 得(0,n0) KePN 反转 (4)求额定转矩 PN -nN =9.55得(N,N) 根据(0,n0)(TN,N) 两点,就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线n=f(T)

(2) 求 KeN 额定运行条件下的反电势为： e N N NRa EN = K  n = U − I 故 N N N a e N n U I R K −  = (3) 求理想空载转速: e N N 0 K  U n = 得 ( ) 0 n0 , (4) 求额定转矩: N N N N N 9.55 n P P T = =  得 (TN,nN ) 根据 (0,n0 )、(TN,nN ) 两点，就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 n = f (T)

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 通φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Ra所得到的机槭特性。 1.电枢回路中串接附加电阻时的人为特性{U=UN,①=④) Rad=O R ud U LME R R Rad? R2 Rudr<radr<Rad3 电压平衡方程式为:UN=E+n(Rn+Rad) 得到的人为机械特性方程式为:n=C Ratna 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 通Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻Rad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 = UN, =N ) 电压平衡方程式为： ( ) N a Ra Rad U = E + I + 得到的人为机械特性方程式为： T K K R R K U n 2 e m N a ad e N N   + = −

把n T与n un Ra t ra KeN KK④ KeoN KK④2 空载速度不变; 随着电阻的增加,转速降落增加; 特性变软 R Rad=0 LIME R R Rad? Rad3 RudI<radi<ndt

T K K R K U n 2 e m N a e N N   把 = − T K K R R K U n 2 e m N a ad e N N   + 与 = − 特性变软 ➢空载速度不变； ➢随着电阻的增加，转速降落增加；