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-=Φ

e 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”。

他励直流电动机串电阻时的机械特性

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（1-1）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） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa

越大，△n 0

n 'n ∆em em T T R n βΦ==∆2T e C C n ∆em N

a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=a R R =a R pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=

也越大，特性变“软”,这类人为机械特性是一组通过 n 0

,但具有不同斜率的直线。 如下图所示

（2） 改变电枢电压时的人为机械特性 此时 ， ，特性方程式 ，由于电动机

的额定电压是工作电压的上限，因此改变电压时，只能在低于额定电压的范围内变化。与固有特性相比较，特性曲线的斜率不变，理想空载转速 随电压减小成正比减小，故改变电压时的人为特性是一组低于固有机械特性而与之平行的直线，如下图所示

他励直流电动机改变电枢电压时的机械特性

（3） 减弱磁通时的人为机械特性

可以在励磁回路内串接电阻 或降低励磁电压 来减弱磁通，此时 ， 特性方程式 ，由于磁通Φ 的减少，使得理想空载转速

和斜率β 都增大，特性曲线如下图所示

0=pa R N ΦΦ=em N a N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=0n pf R f U N U U =0=pa R em a N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=0n

他励直流电动机弱磁时的机械特性