一他励直流电动机
直流他励电动机的机械特性
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Ra 依据：电动机在额定负载下的铜耗Ia2Ra约占总损耗 PN的 50%～75%。
电压平衡方程式为：U E I ( R R ) N a a ad
UN Ra Rad 得到的人为机械特性方程式为： n T 2 K e N K e K m N
UN Ra Rad UN Ra T 把n T 与n 2 2 K e N K e K m N K e N K e K m N 空载速度不变；
Δ PN＝输入功率－输出功率 ＝U NI N PN ＝U N I N NU N I N ＝(1 N )U N I N I a 2 Ra (0.5 ~ 0.75)(1 N )U N I N
式中： N
PN UN IN Ia I N
是额定运行条件下电动机的效率，且此时
（1）如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载； （2）当＝0时，从理论上说，空载时电动机速度趋近 ，通常
称为“飞车”；
当电动机轴上的负载转矩大于电磁转矩时，电动机不能启动，
电枢电流为Ist ，长时间的大电流会烧坏电枢绕组。 因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转过程
第三章直流电机一、填空一台四极直...
第三章 直流电机
一、填空
1. ★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率 减少 ，而电刷电压 不变 。
答：减小，不变。
2. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流f I 不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 不行 。串入电阻后，电动机的输入功率1P 将 不变 ，电枢电流a I 不变 ，转速n 将 下降 ，电动机的效率η将 下降 。 答：不行，不变，不变，下降，下降。
3. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为 1.25 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。
4. 并励直流电动机，当电源反接时，其中a I 的方向 反向 ，转速方向 不变 。 答：反向，不变。
5. 直流发电机的电磁转矩是 制动 转矩，直流电动机的电磁转矩是 驱动 转矩。
答：制动，驱动。
6. 一台串励直流电动机与一台并励直流电动机，都在满载下运行，它们的额定功率和额定电流都相等，若它们的负载转矩同样增加0.5，则可知： 电动机转速下降得多，而 电动机的电流增加得多。
答：串励，并励。
★
7. 直流电动机电刷放置的原则是： 。 答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。
8. 直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速 ，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速 。
答：升高，降低。
9. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括 损耗；对于直流电动机包括 损耗。
实验一 他励直流电动机特性以及调速运行
实验一他励直流电动机特性以及调速运行
一、实验目的
1.了解他励直流电动机的基本原理和结构；
2.掌握他励直流电动机的特性曲线及其调速方法；
3.通过实验研究，掌握生产过程中如何实现合理的调速运行。
二、实验原理
电动机是将电能转换为机械能的机械装置。其构成包括定子和转子两个部分。定子为
不可移动部分，包括电控系统和一个磁场。转子为可动部分，通常包括电枢和磁极，磁极
的极性可以根据需要改变。当通入可变直流电流时，电枢内产生电磁场与磁极产生的磁场
相互作用，使电枢开始转动。
2.调速运行原理
他励直流电动机的调速可以通过改变电枢电流、定子电流、磁极电流等方式实现。其
调速原理基于电机理论和电气控制原理，根据负载要求设定输出转矩或转速目标值，然后
通过电器控制手段，调整电机输出、电机参数变化来完成调速。
三、实验设备
数字万用表、直流电动机、直流电源、变阻器、稳压电源、转速计、电阻箱、实验箱、电压表、电流表、按键板等。
四、实验步骤
1.将直流电动机与直流稳压电源接通，检测电动机运行状态是否正常。
2.测量电动机的空载电压和空载电流，在此基础上绘制空载特性曲线。
3.通过调节变阻器中的电阻，改变电动机的负载电路，测量电动机各负载点的电流和
电压，然后绘制负载特性曲线。
4.利用变阻器调节直流稳压电源输出电压，测量不同电压下电动机转速，并绘制调速
特性曲线。
5.掌握电流和电压的比例关系，通过调整调速器中的电阻值，控制稳压电源输出电压，从而控制电动机的转速。
6.掌握电枢电流和输出转矩的关系，通过改变电枢电流改变电动机的输出转矩，进而控制电动机的输出功率。
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1
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
T
T C C '=Φ
3. 效率特性
a a
e e R U n I C C =
+
Φ
Φ
e T a T
a T C I C I '==Φ2Fe 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
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 20
T T T =+2e T a T a
T C I C I '==Φa
e f C C K '=T
T f C C K '=2e 200
602πP 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。
他励直流电机名词解释
他励直流电机名词解释
他励直流电机是一种直流电机，其励磁绕组与电枢绕组分开，励磁电流由另设的直流电源供电，通常为蓄电池或可控硅整流电源。这种电机具有较大的启动转矩和良好的调速性能，因此在需要较大起动转矩和调速性能的场合得到广泛应用。
他励直流电机由定子（固定部分）和转子（旋转部分）组成。定子通常包括主磁极、换向极和机座等，而转子则包括电枢铁心、电枢绕组和换向器等。
在运行时，他励直流电机通过改变电枢电流的大小和方向，来改变电机转速和转向。电枢电流的大小和方向可以通过控制器进行调节，从而实现电机的平滑调速或快速制动。
此外，他励直流电机还有许多优点，如效率高、调速性能好、控制简单等。因此，在许多领域中都有广泛应用，如电力机车、地铁、矿井提升机和轧钢机等。
北华航天工业学院电拖作业第3次直流电动机的机械特性(1)
作业内容：
1、一台他励直流电动机，P N = 60kW，U aN = 220V，I aN = 350A，n N = 1000 r/min，求(1)固有的机械特性表达式；
(2)50%额定负载时的转速；
(3)转速为1050r/min时的电枢电流；
(4)电枢回路串RΩ=0.4 Ω时的人为机械特性；
(5)端电压为U=110V时的机械特性表达式；
(6)磁通为Φ=0.8 ΦN时的机械特性表达式。
2、额定转速n N= 1500r/min的他励直流电动机拖动额定的恒转矩负载（T L = T N），在固有机械特性、电枢回路串电阻、降低电源电压及减弱磁通的人为特性上运行，已知在额定电压、额定磁通工作下，当电枢回路串0.5Ω电阻，n0 = 1650r/min，n = 1500r/min，I a = 58A，计算：
（1）当U = U N，Φ =ΦN ，电枢回路串2.5Ω电阻，求空载转速n0，工作转速n，电枢电流I a ；
（2）当U = 0.6U N，Φ =ΦN ，电枢回路串0.5Ω电阻，求空载转速n0，工作转速n，电枢电流I a ；
（3）当U = U N，Φ =0.8ΦN ，电枢回路串0.5Ω电阻，求空载转速n0，工作转速n，电枢电流I a 。
直流他励电动机的机械特性
Leabharlann Baidu
n0
?
UN
Ke? N
得 ?0,n0 ?
(4) 求额定转矩:
TN
?
PN ?N
?
9.55 PN nN
得 ?TN , nN ?
根据 ?0,n0 ?、?TN , nN ?
注意这只是近似的，因
为T=Kt ФIN≠TN
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 ?。
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
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Ra
依据：电动机在额定负载下的铜耗Ia2Ra约占总损耗?? PN的
50% ～75% 。 ? ? Δ PN＝输入功率－输出功率 ＝ U NI N ? PN ＝ UN IN ? ? NUNI N ＝(1 ? ? N )U N I N ? I a 2 Ra ? (0.5 ~ 0.75)(1 ? ? N )U N I N
E ——感应电势（V）； Ia ——电枢电流（A）； Ra ——电枢回路内阻（Ω）
∵ E ? Ke? n、T ? Km? I a ∴U ? Ke? n ? Ia Ra
直流电机的机械特性
电磁转矩 T＝KtΦIN≠TN
正反转时的固有机械特性
n
根据（0，n0）和 (TN，nN)两点，就可以
n0 nN
正转
作出他励电动机近似的 －TN 机械特性曲线n=f(T)。 －T 反 转 o
T TN
电动机即可正转又可
反转，反转时，n与T均 为负。
－nN －n0 －n
他励直流电动机正反转 时的固有机械特性
习题
课本P40，3.6题： 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下： PN＝7.5kW，UN=220V，nN=1500r/min， ηN＝88.5%。
试求该电机的额定电流和额定转矩。
题解
解： ∵ PN＝UNINηN , ∴ IN＝PN/(UNηN)＝¨¨¨＝38.5A； TN＝9.55PN/nN＝¨¨¨＝47.74N·m
3.4.1 他励直流电动机机械特性方程式
1.他励直流电动机电路原理图 （图3-29）
2.他励直流电动机的参数关系
电磁转矩: T＝KtΦIa (1)
感应电动势: E＝KeΦn (2)
电枢电路电动势平衡方程式:U＝E＋IaRa (3)
由(2)(3)得转速特性: n＝(U-IaRa)/(KeΦ)
并考虑到 Ia＝T/(KtΦ)
3.4.4 固有机械特性
固有机械特性：当他励电动机电压U＝UN， 磁 通Φ＝ΦN，电枢没有串联电阻Rad＝0时，这一 机械特性称n为 固U有N机械 特性R: a T
一台他励直流电动机额定数据
一台他励直流电动机额
定数据
TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
1、一台他励直流电动机额定数据为：U
N =220V，I
N
=，n
N
=1500r/min，电枢电阻R
a
=Ω。
如保持负载转矩为额定值不变，试求下列情况下转速的稳定值：（1）电枢回路串入R Ω=Ω的电阻时；（2）电枢电压降为U=160V时；（3）主磁通减弱为Φ=ΦN
时。(同例题9-6类似，只改数字）
2、一台他励直流电动机额定数据为：P
N =29KW U
N
=440V，I
N
=，n
N
=1050r/min，电枢电
阻R a=Ω。（例题9-4 课后9-7结合）
（1）电动机带动一个位能负载，在固有特性工作回馈制动下放，I
a =60A，求R
N
和电
动机反
向下放转速
（2）电动机带动位能负载，作反接制动下放，I
a
=50A时，转速n=-600r/min，求串接在电
枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率、电枢电路电阻上消耗的功
率和电动机轴上的转距
（3）电动机带动反作用负载，从n=500r/min进行能耗制动，若其最大制动电流限制在
100A，试计算串接在电枢电路中的电阻值和电动机轴上的转矩
解：（1）R N=U N/I N=440/=Ω
CeΦ=U
N -I
N
Ra/n
N
=*/1050=
电机反向下方转速n
n= -U N-I N Ra/C NΩ=-U N-IaRa/CeΦ=-440-60*=-1189r/min
（2）电枢电路总电阻R
R=Ra+R
Ω=U N
-CeΦn/Ia=*(-600)/50=Ω
实验一 他励直流电动机电动及回馈制动状态下的机械特性测定
实验一他励直流电动机电动及回馈制动状态下的机械特
性测定
一、实验目的
测定他励直流电动机在电动及回馈运行转状态下的机械特性
二、预习作业
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
四、实验方法及步骤
1、实验设备
序号型号名称数量
1 DD03 导轨、测速发电机及转速表1件
2 DJ15 直流并励电动机1件
3 DJ23 校正直流测功机1件
4 D31 直流电压、毫安、安培表2件
5 D41 三相可调电阻器1件
6 D42 三相可调电阻器1件
7 D44 可调电阻器1件
8 D51 波形测试及开关板1件
2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D44
3、接线原理图如图1—1所示：
图1-1他励直流电动机机械特性测定实验接线图
按图1-1接线（接线时，必须确保试验台及实验屏总电源开关处于断开状态），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。
4、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
(1) R1、R2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R4选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。
《电机与拖动》直流他励电动机机械特性实验
《电机与拖动》直流他励电动机机械特性实验
一、实验目的
了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性。
二、预习要点
1．改变他励直流电动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．电动及回馈制动特性。
2．电动及反接制动特性。
3．能耗制动特性。
四、实验设备及仪器
1．实验台主控制屏
2．电机导轨及测功机、转矩转速测量组件（NMEL-13A）
3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）
4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）
5．旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）
6．直流电压、电流、毫安表
7．电机起动箱（NMEL-09）
8．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，NMEL-18A）
五、实验方法及步骤
1．电动及回馈制动特性
接线图如图5-1。
M为直流并励电动机M01（接成他励方式），U N=220V，I N=0.55A，n N=1600r/min，P N=80W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f＜0.13A。
G为直流并励电动机M03（接成他励方式），U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min;
直流电压表V1为NMEL-18A中220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V （NMCL-001）；
直流电流表mA1、A1分别为NMEL-18A中220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；
实验一 他励直流电动机特性以及调速运行
①电枢串电阻调速时他励直流电动机机械特性
共测了两组机械特性曲线，数据记录如下：
第一组：(Ua=120V,UN=83.2V)
n
1312
1291
1243
1154
950
Ia
0.49
0.54
0.63
0.82
1.25
Ua
73.5
73.0
72.5
70.6
62.4
R
19.79
18.89
(2)他励直流电动机工作特性的测定；
(3)他励直流电动机调速特性的测定。
三、实验内容及步骤
1、他励直流电动机的起动、制动和反向
自由停车时间：4S（n=1775）
能耗制动停车时间：2S（n=1772）
可以看出能耗制动停车要比自由停车要快一些，这是因为电机在好能来制动。
2、他励直流电动机机械特性的测定
实验数据记录如下表：
实验一他励直流电动机特性以及调速运行
自93孙博文2009011428
同组人：自93姜秀宝
一、实验目的
(1)认识他励直流电动机机组的组成，了解开环调速系统的基本组成；
(2)用实验方法测定他励直流电动机的参数和工作特性；
(3)了解他励直流电动机的三种调速方法及其机械特性；
二、实验内容
(1)他励直流电动机的起动、制动和反向；
实验一 直流他励电动机调压调速和调磁调速实验
实验一 直流他励电动机调压调速和调磁调速实验
一、实验目的
1.深入了解直流他励电动机的调速性能；
2.进一步学习PLC 控制系统硬件电路设计和程序设计、调试。 二、实验原理
2.1.直流他励电动机的调速原理、调速方法
电动机的调速就是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机的稳定转速。
从直流他励电动机机械特性方程式
T K K R R K U
n t e ad a e 2
φφ+-=
式（1.1）
可知，改变串入电枢回路的电阻Rad ，电枢供电电压U 或主磁通Φ，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。
（1）改变电枢回路外串电阻Rad
如图1.1所示为串电阻调速的特性曲线，从图中可看出，在一定的负载转矩T L 下，串入不同的电阻可以得到不同的转速，如在电阻分别为R a 、R 3、R 2、R 1的情况下，可以得到对应于A 、C 、D 和E 点的转速n A 、n C 、n D 和n E 。在不考虑电枢回路的电感时，电动机调速时的机电过程（如降低转速）见图中沿A →B →C 的箭头方向所示，即从稳定转速n A 调至新的稳定转速n C 。这种调速方法存在不少缺点，如机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；在空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难；在调速电阻上消耗大量电能等。
图1.1 电枢回路串电阻调速的特性曲线
（2）改变电动机电枢供电电压U
改变电枢供电电压U可得到人为机械特性，如图1.2所示，从图中可看出，在一定负载转矩T L下，加上不同的电压U N、U1、U2、U3、…，可以得到不同的转速n a、n b、n c、n d、…，即改变电枢电压可以达到调速的目的。
实验一 直流他励电动机调压调速和调磁调速实验
实验一直流他励电动机调压调速和调磁调速实验
一、实验目的
1、学习直流电动机的基本工作原理；
3、理解直流电动机的调速特性及其影响因素；
4、锻炼实验操作和数据处理能力。
二、实验原理
直流电动机是利用电磁感应的原理将直流电能转化成机械能的一种电动机。它的基本
构造由电枢、磁极、定子和机壳等部分组成。其中直流电源用于给电枢供电，磁极用于建
立磁场，定子包括电枢绕组、磁场绕组和绕线圈等部分，机壳则起到机械保护和散热作用。当电枢与磁场相互作用时，电枢上产生电磁势力和电动势，并且在电枢上产生电流，与磁
场产生力矩作用，最终将机械能转化成电能。
2、直流电动机调压调速
(1)调压：在直流电动机中加入稳压源，由于稳压源的电压值可以控制，所以可以通
过控制稳压源的输出电压，来控制电动机的转速。
(2)调速：调速的方法有多种，如增加电枢电源电压、减小磁通量、改变电枢接线、
改变定子绕组、改变电机电阻等。其中改变电枢电源电压是最常用的方法。由于电枢电源
电压与电枢转速之间呈线性关系，所以可以通过改变电枢电源电压的大小来控制电机的转速。
调磁是通过改变磁极电流，改变磁场强度来控制电机的转速，使电机在不同的负载下
稳定运行。在直流电动机中，调磁可以分为增磁和减磁两种方法。增磁的方法有增大磁通量、加强磁极电流、改变磁极形状等；减磁的方法有减小磁通量、拉长电枢线圈、延长通
电时间等。其中增大磁通量、加强磁极电流是常用的方法。
三、实验仪器设备
直流电机、励磁电源、万用表、直流稳压电源、电流表、电位器、开关等。
四、实验过程
1、调压调速实验
(1)将装备连接好，操作前检查线路是否正常连接。
他励直流电动机的额定功率公式
他励直流电动机的额定功率公式
直流电动机的额定功率公式是根据电动机的特性和性能参数推导得出的，能够有效地描述电动机的输出功率。
额定功率通常是指电动机在额定工况下能够连续运行的最大功率。额定工况是指电动机在标准试验条件下的工作状态，包括额定电压、额定负载和额定转速等参数。
直流电动机的额定功率公式可以分为两部分：机械功率和电功率。
机械功率是指电动机输出的机械能，可以通过电动机的转速和扭矩来计算。机械功率（Pm）的计算公式如下：
Pm=(2*π*n*T)/60
其中，Pm为机械功率，单位是瓦特（W）；
n为电动机的转速，单位是转每分钟（rpm）；
T为电动机输出的扭矩，单位是牛顿米（Nm）。
电功率是指电动机输入的电能，可以通过电流和电压来计算。电功率（Pe）的计算公式如下：
Pe=V*I
其中，Pe为电功率，单位是瓦特（W）；
V为电动机的输入电压，单位是伏特（V）；
I为电动机的输入电流，单位是安培（A）。
直流电动机的额定功率（Prated）可以通过机械功率和电功率之间的关系来计算。额定功率（Prated）一般由电动机的制造商提供。
Prated = η * Pm / Pe
其中，η为电动机的效率，单位为百分比。
在实际应用中，为了确保电动机的稳定工作，一般会在额定功率的基础上提高一定的安全系数，即额定功率的倍数。这样可以保证电动机在短时间内的额外负载或突发负载下工作的稳定性和可靠性。
需要注意的是，直流电动机的额定功率公式是一个近似计算公式，实际功率还会受到电动机的损耗、摩擦、散热和效率等因素的影响。
总结起来，直流电动机的额定功率公式是根据机械功率和电功率之间的关系以及电动机的效率来计算的，能够有效地描述电动机的输出功率。
实验一 他励直流电动机的起动与调速
上海开放大学
电气传动技术及应用
实验一他励直流电动机的起动与调速
实验报告
分校：_____ _____
班级：__________________
学生姓名：__________________
学号：__________________
实验成绩：__________________
批阅教师：__________________
实验日期年月日
实验一他励直流电动机的起动与调速
一、实验目的
1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、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。
3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、实验项目
1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
三、实验设备及控制屏上挂件排列顺序
1
2、控制屏上挂件排列顺序
D31、D42、D41、D51、D31、D44
四、实验说明及操作步骤
1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、用伏安法测电枢的直流电阻
图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图
（1）按图1-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A 表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A 档。开关S 选用D51挂箱。
（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V 。调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U 、I 三组数据列于表1-1中。
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c点 R2 I1 U N Ea1
d点 R2 I 2 U N Ea 2 e点 R1 I1 U N Ea 2 f点 R1 I 2 U N Ea 3 g点 Ra I1 U N Ea 3
在已知起动电流比β和电枢电 阻前提下，经推导可得各级串联电 阻为:
Rst 1 (β 1 ) Ra Rst 2 (β 1 ) βRa βRst 1 Rst 3 (β 1 ) β 2 Ra βRst 2 Rstm (β 1 ) β m 1 Ra βRstm 1
2 （4）磁通减弱至 时的人为机械特性 3
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.4
人为机械特性求取
在固有机械特性方程 n n0 βTem 的基础
上，根据人为特性所对应的参数 RS 特性方程式。
U 或Φ
变化，重新计算 n0 和 β ，然后得到人为机械
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.4 电力拖动系统稳定运行条件 处于某一转速下运行的电力拖动系统，由于受到某种扰动， 导致系统的转速发生变化而离开原来的平衡状态，如果系统能在 新的条件下达到新的平衡状态，或者当扰动消失后系统回到原来 的转速下继续运行，则系统是稳定的，否则系统是不稳定的。 在A点，系统平衡 Tem TL 扰动使转速有微小增量，转速由nA Tem TL。 上升到nA ， 扰动消失,系统减速，回到 A 点运行。 扰动使转速有微小下降，由 n A下降 到 n A ,Tem TL 。
第2章 直流电动机的电力拖动
2.1 电力拖动系统的运动方程式及负载 转矩特性
• 电力拖动系统运动方程式 • 负载的转矩特性
第2章 直流电动机的电力拖动
2.1.1 电力拖动系统的运动方程式 一、运动方程式 电力拖动系统运动方程式描述了系统的 运动状态，系统的运动状态取决于作用在原 动机转轴上的各种转矩。 根据如图给出的系统（忽略空载转矩）， 可写出拖动系统的运动方程式：
n
TL
n
TL
第2章 直流电动机的电力拖动
二、恒功率负载特性 恒功率负载特点是：负载转 矩与转速的乘积为一常数，即TL 与 n 成反比，特性曲线为一条双 曲线。
三、泵与风机类负载特性
负载的转矩TL 基本上与转 速 n 的平方成正比。负载特性 为一条抛物线。
n
n
理想的通 风机特性
实际通风 机特性
TL
TL0
Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3
e
c
a
T1 I1
Ra Rst 1 Rst 2 R2
Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3 R3
Tem I
第2章 直流电动机的电力拖动
二、分组起动电阻的计算 设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有： b点 R3 I 2 U N Ea1
（2）负载转矩 TL 与转速 n 的正方向相同时为负，相反时为正。
GD2 dn (3)惯性转矩 的大小和正负号由Tem和 TL 的代数和决定。 375 dt
第2章 直流电动机的电力拖动
2.1.2
负载的转矩特性
负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。 一、恒转矩负载特性 恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL 与转速 n 无关 的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。 1.反抗性恒转矩负载 2.位能性恒转矩负载
U
M
dΩ Tem TL J dt
其中J m 2 为物体的转动惯量。
Tem n
TL
第2章 直流电动机的电力拖动
运动方程的实用形式：
GD 2 dn Tem TL 375 dt 系统旋转运动的三种状态
dn 1)当 Tem TL 或 0 时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处 dt 于稳态。 dn 2)当 Tem TL 或 0 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。 dt dn T T 3)当 em 0 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。 L 或 dt
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳 定运行状态的过程。 起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为 Tst CT ΦI st UN I st Ra 起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很 小，所以起动电流将达很大值。 过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户 的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损 坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.1 机械特性的表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、 电枢回路电阻为定值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电 动机的转速与电磁转矩之间的关系： U
n f(Tem )
由如图所示他励直流电动机的电 路原理图可得电势平衡方程式， 进而可得机械特性
n
nA nA nA
0
A
Tem
TL
扰动消失,系统加速，回到 A 点运行。
第2章 直流电动机的电力拖动
在B点，系统平衡 Tem TL n 扰动使转速有微小增量，转速由nB n Tem TL,系统加速 。 上升到n B B， 即使扰动消失,也不能回到 B 点运行。 nB 扰动使转速有微小下降，由 nB下降 n B 到 n B ,Tem TL ,系统减速。
为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串 电阻或降低电枢电压起动。
第2章 直流电动机的电力拖动
2.3.1
电枢回路串电阻起动
S
一、起动过程 以三级电阻起动时电动机为例
n
U
S1 S 2
M
S3
nN
Tem I
n3
n0
h
f 3
d
b
TL IL
T2 I2
n1
2
1
g Ra Ra Rst 1 R1
GD2 dn 或(Tem TL )称为动负载转矩,把 TL 称为静负载转矩. 常把 375 dt
第2章 直流电动机的电力拖动
二、运动方程式中转矩正、负号的规定 首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方 向，然后规定： （1）电磁转矩Tem 与转速 n 的正方向相同时为正，相反时为负。
比较以上各式得：
R3 R2 R1 I1 β R2 R1 Ra I 2
第2章 直流电动机的电力拖动
计算各级起动电阻的步骤：
（1）估算或查出电枢电阻 Ra ；
（2）根据过载倍数选取最大转矩 T1 对应的最大电流 I 1 ；
（3）选取起动级数 m；
βm （4）计算起动电流比： UN I 1 Ra
第2章 直流电动机的电力拖动 课堂练习题与课后作业
•课堂练习题：课本91页2.9题 在下列图中，那些系统是稳定的？那些系统是不稳定的？ （黑板画图） •课后作业题：课本92页2.26题
第2章 直流电动机的电力拖动
2.3 他励直流电动机的启动
• 电枢回路串电阻启动 • 降压启动
第2章 直流电动机的电力拖动
第2章 直流电动机的电力拖动
二、人为机械特性
当改变U 或 Ra 或Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。 1、电枢串电阻时的人为特性 保持 U U N ,Φ ΦN 不变,只在电枢回路中串入电阻 RS 的人为 特性
n
Ra RS UN n Tem 2 C e ΦN C e CT Φ N
第2章 直流电动机的电力拖动
本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性、直 流电动机的机械特性、起动、调速、制动等方法和物理过程。 2.1 电力拖动系统的运动方程和负载转矩特性 2.2 他励直流电动机的机械特性 2.3 他励直流电动机的起动 2.4 他励直流电动机的制动 2.5 他励直流电动机的调速 2.6 串励直流电动机的电力拖动 思考题与习题
(1)估算 Ra : Ra (
TN CT ΦN I N , n nN (4)计算额定工作点：
第2章 直流电动机的电力拖动
• 课堂练习题 一他励直流电动机，额定功率PN=40KW，
UN=220V， IN=210A，额定转速nN=1000r/min, 求（1）固有机械特性方程式 （2）实际空载转速
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.3 机械特性求取 一、固有特性的求取 已知 PN ,U N, I N , nN，求两点:1）理想空载点 (Tem 0, n n0 ) 和额定运行 (Tem TN , n n N ) 。 具体步骤：
1 2 U N I N PN ~ ) 2 2 3 IN U N I a Ra (2)计算 CeΦN 和CT ΦN : Ce Φ N nN CT ΦN 9.55CeΦN UN Tem 0 , n0 (3)计算理想空载点： C e ΦN
β 变大； 特点：1）n0 不变，
n0
Ra
Ra RS Tem
2） β 越大，特性越软。
第2章 直流电动机的电力拖动
2、降低电枢电压时的人为特性 保持 R Ra ,Φ ΦN 不变，只改变电枢电压时的人为特性：
Ra U n Tem 2 CeΦN Ce CT ΦN
n0
n
n01
UN
特点：1)n0随 U 变化, β 不变; 2)U不同,曲线是一组平行线。
第2章 直流电动机的电力拖动
• 深化讨论题 一他励直流电动机，额定功率PN=10KW，UN=220V，
IN=53.4A， Ra=0.4Ω额定转速nN=1500r/min, 求（1）电动机额定运行时的电磁转矩、输出转矩和空载转 矩； （2）理想空载转速和实际空载转速； （3）半载时的转速；
（4）nN=1500r/min。
TL
第2章 直流电动机的电力拖动 课堂练习题
• 选择题 电力拖动方程式中的GD2反映了（） A 旋转体的质量与旋转体直径的乘积，没有物理意义 B 系统机械惯性的大小，是一个整体物理量 C 系统储能的大小，但不是一个整体物理量
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2 他励直流电动机的机械特性
• • • • • • 机械特性的表达式 固有机械特性 固有机械特性的求取 人为机械特性 人为机械特性的求取 电力拖动系统稳定运行的条件
B
Tem
即使扰动消失,也不能回到 B 点运行。 0 TL 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是： (1)必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点, 即存在 Tem TL dTem dTL (2)充分条件:在交点处,满足: 。 dn dn 或者说,在交点的转速以上存在Tem TL ,在交点的转速以下存 在 Tem TL
Tem
T0
TN
第2章 直流电动机的电力拖动
2.2.2 固有机械特性和人为机械特性 一、固有机械特性 当 U U N ,Φ ΦN , R Ra 时的机械特性称为固有机械特性：
Ra UN n Tem 2 CeΦN Ce CT ΦN
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性 是硬特性。
β 增大 2）弱磁，
n0
ΦN
Tk 2 Tk 1 Tk
Tem
第2章 直流电动机的电力拖动
• 课堂练习
一他励直流电动机，额定功率PN=22KW，UN=220V，
IN=116A，额定转速nN=1500r/min, 求（1）固有机械特性方程式
（2）电枢串入Rs=0.7欧姆电阻时的人为机械特性
（3）电源电压降至110V时的人为机械特性
m 取整数
T1 T2 ( 1.1 ~ 1.3 )TL （5）计算转矩:T2 ，校验： β
m 值并重新计算，直到满足该条件为止. 如果不满足，应另选T1 或
U1 U N
U1
Tem
源自文库
第2章 直流电动机的电力拖动
3、减弱励磁磁通时的人为特性
保持R Ra ,U U N 不变，只改变励磁回路调节电阻RSf 的人为特性：
Ra UN n Tem 2 Ce Φ Ce CT Φ
n02 n
n01
Φ2
Φ1
Φ2 Φ1 ΦN
n0增大； 特点：1）弱磁，
I Ia
G
If
Uf
第2章 直流电动机的电力拖动
电势平衡方程式 其中
Ea CeI a
U Ea I a Ra
n
由此得他励直流电动机的机械特性的表达式：
U R Tem 2 C e Φ C e CT Φ n0 βTem n
n0 n'0 nN
n0 称为理想空载转速。
U R 实际空载转速 n0 T0 2 C e Φ C e CT Φ