直流他励电动机在各种运转状态下的机械特征
直流电动机-制动
制动─是从稳定转速开始减速到停止 或者限制位能负载下降速度的一种运转状态。 电动状态：电动机发出的T和n 方向相同； 制动状态：（发电状态）转矩T T 与转速n方向相反。
稳定的制动状态 (n=C) 过渡的制动状态(n 是变化的)
反馈制动 1 反馈制动
B点 →C点 │n│>n0 Ia=-Ia -TM→TM与n反方向制动 改变Rad改变下降的n
Rad太大n很高不安全
a点→b点 n↑E↑Ia↓TM ↓
反接制动 反接制动
1.电源反接制动 E = −U − I a ( Ra + Rad )
反接 制动
(3.22)
− U Ra + Rad n= − T 2 K eφ K e K tφ
U1 − E U2 − E Ia = ⇒ Ib = Ra + Rad Ra + Rad
Q n02 < n1 TM = TL ∴U 2 < E I b = − I b ⇒ −T < TL ⇒ n ↓= n2
反馈制动 反馈制动
下放 矩
下放制动 状态
注意：这里T没有 反向 选用不同的Rad可改 变下放速度但不能 太小，交叉点必须 在四象限
能耗制动( 能耗制动(U=0串接Rad) 制动
E = − I a ( Ra + Rad )
(3.26)
n=−
Ra + Rad K e K tφ 2
T
(3.27 )
注意： Rad不能 太小 I<Imax
反抗矩负载制动 优点：不会出现反向起动 的危险
(3.23)
正向电动
反接 电动
注意：反接时U 与E相加，电流 很大用Rad限流
最终版实验一直流他励电动机机械特性
实验一直流他励电动机机械特性一．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．直流他励电动机机械特性。
2．回馈制动特性3. 自由停车及能耗制动。
4．反接制动。
四．实验设备及仪器1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及转速表（MMEL-13）3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）5．波形测试及开关板（NMEL-05B）6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06）7．电机起动箱（NMEL-09）五．实验方法及步骤1．直流他励电动机机械特性及回馈制动特性接线图如图1-1M为直流他励电动机M12，U N=220V，I N=0.55A，n N=1500r/min，P N=80W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f＜0.13A。
G为直流发电机M03，U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min;直流电压表V1为220V可调直流稳压电源（电枢电源）自带，V2的量程为300V （MEL-06）；图1-1直流他励电动机机械特性实验线路图直流电流表mA1、A1分别为直流励磁及220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（NMEL-06）R1选用1800Ω欧姆电阻（NMEL-03）R2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）R4选用2250Ω电阻（用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）开关S1、S2选用NMEL-05中的双刀双掷开关。
直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性_实验报告
实验报告课程名称：《电机与运动控制系统》实验第3次实验实验名称：直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性实验时间：2015年xx月xx日实验地点：xxxxxxxxxx组号__________学号：xxxxxxxxxx姓名：xxxxx指导老师：xxxxxx评定成绩：___________实验三直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性一、实验目的了解直流他励电动机的各种运转状态时的机械特性。
二、预习要点1．改变直流电动机机械特性有哪些方法。
2．直流电动机回馈制动及反接制动时，能量传递关系、电势平衡方程式以及机械特性。
三、实验项目1．直流电动机电动及回馈制动特性2．直流电动机电动及反接制动特性3．直流电动机能耗制动特性四、实验线路及操作步骤图3－1 直流他励电动机机械特性实验实验线路如图3－1所示。
图中被试直流他励电动机选用D26。
其额定点为UN＝220V、I N ＝0.55A、nN＝1500r/min、PN＝80W；励磁电流If＜0.13A。
1．电动及回馈制动特性实验线路按图3－1接线。
实验设备有：直流电动机（D26），直流负载机（D17），电机导轨，220V直流电源，220V励磁电源，直流电压电流表，900Ω/0.41A可变电阻箱，90Ω/1.3A可变电阻箱，双刀开关，磁场调节电阻（0～3000Ω）。
量程选择为：直流电压表V1、V2量程选为250V，直流电流表量程选为：A1为0.2A，A2为2.5A，A3为0.2A，A4为2.5A，R1选用900Ω可变电阻，R2选用两个90Ω电阻串联，R3选用磁场调节电阻（0～3000Ω），R4取阻值2250Ω（2个900Ω(0.41A)并联再与2个900Ω串联）。
若仪表自动切换量程则无需选择。
安装电机时，将被试电动机和负载电机与测功机同轴相联，旋紧固定螺丝先将开关S1合向1－1端，S2合向2－2端，R2、R3及R4置最大值，R1置最小值。
接通220V直流可调电源，使D26电机起动，然后把R2调至零，调节电源电压、R1、R2、R3及R4，使U＝UN ＝220V、n＝nN＝1500r/min、I1＋I2＝0.55A，此时I1＝IfN，保持D26电机的U＝UN＝220V、I 1＝IfN不变，改变R4和R3阻值，测取在额定负载至空载范围内的n、I2，共取4～5组数据记录于表3－1中。
他励直流电动机的四象限运行教学
一样，但是电枢电势克服了外加电
压产生的。
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此时，与电动状态相比，电枢电流已经反向， 电磁转矩也反向，由电动状态时的驱动转矩变 为制动转矩。因此，这时电机吸收机械能，输 出电能，具有发电并向电网回馈电能的性质， 故称为回馈制动状态。 通常，我们把回馈制动 分为正向回调制动和反向回馈制动。所谓正向 回馈制动是指电枢加正向电压的回馈制动状态。
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电枢电流为
Ia
U(Ea)UEa RaR RaR
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16
4.3.5 回馈制动
他励直流电动机在电动状态下提升重物时，如
果反接电枢，就有可能过渡到机械特性的第四象限
运行，此时电动机便在回馈制动状态下匀速下放重
物。他励直流电动机在回馈制动时，转速方向应与
理想空载转速方向一致， 与的方向与电动状态时
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2
他励直流电动机的固有机械特性与各种人为 机械特性，分布在机械特性的四个象限内，电 动机所带动的生产机械的负载转矩特性，有反 抗性恒转矩、位能性恒转矩、泵类等典型负载 转矩特性，他们分布在四个象限内。电动机会 在四个象限内运行（包括稳态与过渡过程）， 即处于各种不同的运行状态。本节将具体分析 他励直流电动机在各个象限内不同的运行状态。
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5
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6
4.3.2能耗制动
方法：制动瞬间，切除电动机的电源电压并
在电枢回路串入电阻R。在切换后的瞬间，由于
惯性的作用，小车转速n仍保持与原电动机运行
状态相同的方向和大小，不能突变，电动机运行
点从，磁通不变，电枢感应电动势的方向与大小
2.7 他励直流电机的制动
电枢反接制动时的机械特性为：
反接制 动过程
n
n0
A
B
C D
TL
Ra
0
TL
Tem
Ra R Z
反向电 动运行
第二象 限BC段 为反接 制动特 性
n0
C 工作点变化为： A B 。
n=0后，如果负载为反抗性恒转矩负
载。 |TC|≤|TL| 时，电动机就停止转动， 制动过程结束； 若|TC|＞|TL|，电动机将反向启动， 并沿特性曲线加速到D点，进入反向 电动状态下稳定运行。 当制动的目的就是为了停车时，在电 动机转速接近于零时，必须立即断开 电源(一般由速度继电器控制)。
他励直流电机的电动与制动运行
◆直流电动机的两种运转状态： （1）电动运转状态：电动机的电磁转矩方 向与旋转方向相同 ，此时电网向电动机输 入电能， 并转变为机械能带动负载。
（2）制动运转状态：电动机的电磁转矩方向与 旋转方向相反，此时电动机吸收机械能转变为 电能。
电动机很快停车，或者由高速运行很快进入低 速， 要求制动运行。
电力拖动系统的制动，通常采用机械制动和电气制动。 机械制动是利用摩擦力产生阻转矩来实现的。 电气制动就是使电动机产生一个与转速方向相反的电磁 转矩。电气制动的方法有三种：能耗制动、反接制动和 回馈制动。
制动方式
◆直流电动机的制动方式： 断开电源
抱闸 能耗制动 反接制动 回馈制动 电气制动
自由停车
机械制动
电枢回路总电阻R＝Ra＋RZ。 UN
☞原理：实际上是一台他励直流
发电机。轴上的机械能转化成电能，
全部消耗于电枢回路的电阻上，
所以称为能耗制动。
Ia n RZ Ea
If
实验2 直流他励电动机机械特性测定
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。
他励直流电动机的机械特性
一.能耗制动 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点 1.他励电动机能耗制动电路图及电路特点
他励电动机能耗制动电路原理( 他励电动机能耗制动电路原理(图9-18)
能耗制动时的机械特性为：
Ra + R B Tem = 0 − β Tem 2 C eCT Φ N
n=−
n
制动瞬间 工作点
电动机状态工 作点
启动时电枢电流过渡过程( 启动时电枢电流过渡过程(图9-12)
(7)结论 请看下表： 可以看出： 理论上，只有当时间 n 趋于无穷 时，转速才能达到稳态值 ，但实 际上，由于当 t =（3 ~ 4）TtM 时 ，系统转速已达到稳定运行转速 nz 的 95% ~ 98% 所以，一般可认为经过 3 ~ 4 个 时间常数，转速便达到稳定值， 过渡过程结束
任意给出两点如 T = 0（空载点）和 T = TN通过这两点得连线即为固有机 械特性 (二)人为机械特性的绘制 二 人为机械特性的绘制 各种人为机械特性的计算较为简单，把相应的参数值代入对应的人为机械 特性方程式即可。
四.电力拖动系统稳定运行的条件
我们的任务是什么？ 分析生产机械负载转矩特性与电动机的机械特性的配合问题 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 1.稳态时电动机电流由负载大小决定 (1)转矩平衡 当他励电动机机械特性 n = f(T)为 3，恒转矩负载特性 n = f(TZ)为 1 因转矩 T 与 TZ 方向相反、大小相等而相互平衡 时，转速为某一稳定值，拖动系统处于稳态 (2)稳态运行 两个特性的交点 A ，转速都是 nA，电磁转矩 等于负载转矩（= TZ1） 交点A表明电力拖动系统的某一稳态运行点 (3)负载发生变化 如负载增大，负载转矩特性由 1 变为 2 。 转速开始时仍为 nA，电磁转矩 T 还是由 A 点决定,因为 T = TZ1< TZ2 所以 dn/dt < 0 ，系统进入动态减速过程 两种不同负载的n= 31，2—两种不同负载的n=f(TZ) 3- n=f(T) 两种不同负载的
第三章 直流电动机的电力拖动
U
Ec R1
两级起动时
I1 R2 R1 I 2 R1 Ra
推广到m级起动的一般情况
I1 Rm Rm1 R2 R1
I 2 Rm1 Rm2
R1 Ra
I1 / I2 称为起动电流比
30
R1 Ra
R2 R1 Ra 2
Rm1
Rm 2
Ra
m1
Rm Rm1 Ra m
17
B、风机与泵类负载的转矩特性
通风机负载转矩与转速的大小有关，基本上与转速的平方成正比
特点： TL Kn2
通风机类负载的转矩特性
如实际生产机械中的水泵、油泵、离心式通风机等其介质 对叶片的阻力基本上与转速的平方成正比。
18
C、恒功率负载的转矩特性
特点：
TL
k
1 n
恒功率负载的转矩特性
在不同转速下，负载转矩基本上与转速成反比,其功率基本
恒转矩负载 大多数生产机械可归纳为： 风机与泵类负载
恒功率负载
14
各类生产机械的负载转矩特性 A、恒转矩负载的转矩特性
特点： 负载转矩不受转速变化的影响。在任何转速下，负载转矩
总是保持恒定或大致恒定。
反抗性恒转矩负载 恒转矩负载
位能性恒转矩负载
15
(1) 反抗性恒转矩负载的转矩特性如下图所示。
反抗性恒转矩负载的转矩特性
22000 Ω
0.174Ω
Ce N
UN
I N Ra nN
220 116 0.174 V/(r/min) 1500
0.133 V/(r/min)
理想空载点 Te 0
n
n0
UN
Ce N
220 r/min 1650r/min 0.133
直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
3.能耗制动状态下的机械特性测量
二、实验原理（或设计方案）
他励直流电动机机械特性测定实验接线图
直流电动机的机械特性是指电机在额定电压与额定励磁电流的供给下，电动机轴上所产生的转矩M和相应的运行转速п之间的关系。机械特性是选用电动机的一个重要依据，各类电动机都因有自己的机械特性而适用于不同的场合。
3.表6-3：UN=220V IfN=85mA R2=400Ω
Ia(A)
0.96
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
n(r/min)
-1482
-1281
-1087
-927
-768
-601
Ia(A)
0.6
0.52
0.45
0.4
0.34
0.3
n(r/min)
-41
0
240
243
580
688
R2=1800Ω能耗制动状态下的机械特性
0.68
0.67
0.66
0.65
0.64
0.63
n(r/min)
-617
-609
-595
-588
-582
-573
-558
-548
6、实验结果及分析（或设计总结）
1.回馈制动，反接制动和能耗制动是什么意思？各自有什么特点？
回馈制动：回馈制动是一种是非常有效的节能方法。避免了制动时对环境及设备的破坏。
反接制动：反接制动是在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。
（3）R1调到最小，R2、R3和R4调到最大。将开关S1合向1电源端，开关s2合向2短接端。
他励直流电机的启动原理与运行
他励直流电机的运行直流电动机的起动电动机接到规定电源后，转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。
他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。
合闸瞬间的起动电流很大应尽可能的缩短启动时间，减少能量损耗以及减少生产中的损耗起动电流大的原因：１、起动开始时：n=0,Ea=CeΦn=0,２、电枢电流：Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小这样大的起动电流会引起后果：１、电机换向困难，产生严重的火花２、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢３、供电线路产生很大的压降。
变频器整流回路的启动电阻结论：因此必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动起动方法：电枢串电阻启动——起动过程中有能量损耗，现在很少用，在实验室中用降压启动——适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但启动过程中没有能量损耗。
直流启动器电枢串电阻起动：最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩：Tst=ＫＴΦIst启动电阻：Rst＝（UN／λi IN）－Ra为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。
有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst 也会逐步减小。
为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。
起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。
降压起动：对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流。
起动时电压Umin,起动电流Ist：Ist= Umin/Ra< λiIN启动过程中U随Ea上升逐渐上升，直到U=UN串励电动机绝对不允许空载起动。
串电阻起动设备简单，投资小，但起动电阻上要消耗能量；电枢降压起动设备投资较大，但起动过程节能。
(完整版)电机电机学实验报告
电机学实验报告实验一直流他励电动机机械特性一．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．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及转速表（MEL-13、MEL-14）3．三相可调电阻900Ω（MEL-03）4．三相可调电阻90Ω（MEL-04）5．波形测试及开关板（MEL-05）6、直流电压、电流、毫安表（MEL-06）7．电机起动箱（MEL-09）五．实验方法及步骤1．电动及回馈制动特性接线图如图5-1M为直流并励电动机M12（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220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V（MEL-06）；直流电流表mA1、A1分别为220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（MEL-06）R1选用900Ω欧姆电阻（MEL-03）R2选用180欧姆电阻（MEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000Ω磁场调节电阻（MEL-09）R4选用2250Ω电阻（用MEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）开关S1、S2选用MEL-05中的双刀双掷开关。
按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置；（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。
直流电机的工作原理及特性
特性变软
Rad
If
U
Ia M E
Uf
Ra
Ф
n n0
Rad1< Rad1
0
Rad=0 Rad1 Rad2
T
2. 改变电枢电压U时的人为特性 N ,R a d 0
把nKU e NNKeK RtaN2T 与 nKU eNKeK RtaN2T
➢空载速度随着U的减小而减小；
硬度的概念，其定义为： dTΔT10% 0
dn Δn
n n0 nN △n
△T
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。
0
TN T
（1）绝对硬特性
（2）硬特性>10
（3）软特性<10
dTΔT10% 0
dn Δn
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
2. 额定电压 UN： 指额定状态下电枢出线端的 电压，以 V为量纲单位。
3. 额定电流 IN： 指电机在额定电压、额定功率 时的电枢电流值，以 A为量纲单位。
4. 额定转速 nN： 指额定状态下运行时转子的 转速，以r/min为量纲单位。
5. 额定励磁电流 If： 指电机在额定状态时的励 磁电流值。
直流发电机和直流电动机的电磁转矩的作用是不同的
发电机的电磁转矩是阻转矩，它与电枢转动的方向或 原动机的驱动转矩的方向相反。因此，在等速转动时， 原动机的转矩T1必须与发电机的电磁转矩T及空载损耗 转矩T0相平衡。
电动机的电磁转矩是驱动转矩，它使电枢转动。因此， 电动机的电磁转矩TM必须与机械负载转矩TL及空载损 耗转矩T0相平衡。
他励直流电动机的机械特性(4.20)
题解
解 : （ 1） E ＝ k e Φ N n N ，
UN I N Ra k eN nN
ktΦN＝9.55 keΦN
，代入下式
UN Ra n T 2 K eN K eK t N
即得固有机械特性方程式。
题 解（续）
（2）将Rad＝3，5，分别代入下式：
UN R a R ad n T 2 K eN K eK t N
三、 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 机械特性称为固有机械特性:
UN Ra n M 2 Ce N CeCm N
人为机械特性：可用改变电动机参数的方法 获得，即机械特性三个变量中任有一个或一个 以上值非额定时得到的机械特性即为人为机械 特性。
Ra K eK t N
2
T
n0∝ U ，Δn不变。
特点和机械特性图
特点 人为机械特性是几 根平行线，它们低 于固有机械特性 1， 但与固有机械特性相 平行 机械特性图 改变电压时的人为 机械特性图如右图。
3. 减弱磁通时的人为机械特性
改变磁通实际上是减弱励磁。 此时电枢电压 U = UN，电枢不串联电阻(Rad=0), 电动机磁通Φ<ΦN 。 减弱磁通时人为机械特性方程式：
他励直流电动机正反转 时的固有机械特性
习题
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直流他励电动机的启动特性&3.5直流他励电动机的调速特性
13
3.5.2 改变电动机电枢供电电压U
因此，直流电动机是不允许直接启动的，即在启 动时必须设法限制电枢电流。
2
限制直流电动机的启动电流的方法： 一是降压启动，即在启动瞬间，降低供电电源电压， 随着转速n的升高，反电势增大，再逐步提高供电电 压，最后达到额定电压UN时，电动机达到所要求的 转速。 二是在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电 流Ist＝UN／(Ra+Rst)将受到外加启动电阻Rst的限制， 随着电动机转速n的升高，反电势E增大，再逐步切 除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的 转速。
9
金属切屑机床，根据工件尺寸、材料的性质、切屑用 量、刀具特性、加工精度等不同，需要选用不同的切削速 度，以保证产品质量和提高生产效率； 电梯类或其他要求稳速运行或准确停止的生产机械， 要求在启动和制动时速度要慢或停车前降低运转速度以实 现准确停止。 实现生产机械的调速可以采用机械的、液压的或电气 的方法。
19
过大的启动电流的危害：
1.过大的启动电流使电动机在换向过程中产生火 花，烧坏整流子； 2.过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引 起绕组的损坏，而且产生与启动电流成正比例的启动 转矩，会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转 矩冲击，使机械传动部件损坏； 3.对供电电网来说，过大的启动电流将使保护装 置动作，切断电源造成事故，或者引起电网电压的下 降，影响其他负载的正常运行。
6
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流电机的磁路
二、直流电机的工作原理
1.直流电机具有可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以 作为发电机运行，只是外界条件不同而已。
发电机——若用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从
电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电； 电动机——若在电刷端外加直流电压，电机就可以带 动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
(1) 转矩方程式 T ＝ KtΦIa (2) 电势方程式 E ＝ KeΦ n (3) 电压平衡方程式 U＝E＋IaRa
他励电动机的 机械特性
一、直流他励电动机的机械特性表达式
Ra U n T 2 K eΦ K e K tΦ n 0 n
其中：n0 为理想空载转速 n0′为实际空载转速 △n 为转速降
概述
直流电机的铭牌数据
额定功率PN
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出 额定条件下电机 的机械功率 的额定电功率 所能提供的功率 额定电压U N 额定电流I N 在额定工况下，电机 在额定电压下，运行于 出线端的平均电压 额定转速n 额定功率时对应的电流
N
发电机:是指输出额定电压； 电动机:是指输入额定电压。
④学会用机械特性的四个象限分析直流电动机运行状态；
⑤学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动 机启动等运行特性。
重点
由于机械特性是根据转矩、电势、电压平衡方程式推
导出来的，而机械特性又是分析启动、调速和制动特 性的依据，所以机械特性是电动机内容的重中之重；
他励直流电动机的启动特性；
他励直流电动机的调压调速特性。
直流发电机工作原理图
3.6直流他励电动机的制动特性
2
T
16
1.如果电动机带动的是反抗性负载，它只具有惯性能量( 动能)，能耗制动的作用是消耗掉传动系统储存的动能， 使电动机迅速停车。 这种制动方式的优点之一是不像电源反接制动那样存 在着电动机反向启动的危险。
7
1.电源反接制动 前提：电动机在正向电动状态下运行
8
若电枢电压U的极性突然反接，电势平衡方程式为：
E U I a ( R a R ad )
注意：电势E、电枢电流Ia的方向为电动状态下假定 的正方向。 电源反接制动的机械特性表达式为：
n
U K e
R a R ad K e K t
电动机在电动状态运行时，若把外施电枢电压U突然降为 零，而将电枢串接一个附加电阻只Rad短接起来，便能得 到能耗制动状态。
15
由工作机械的机械能带动电动机发电，使传动系统 储存的机械能转变成电能通过电阻(电枢电阻Ra和附加 的制动电阻Rad)转化成热量消耗掉，故称之为“能耗” 制动。 能耗制动状态下的电势平衡方程式为：
17
2.如果是位能负载，则在制动到n＝0时，重物还将拖着电 动机反转，使电动机向下降的方向加速，即电动机进入第 四象限的能耗制动状态，随着转速的升高，电势E增加， 的o点向c点移动，当T＝TL时，系统进入稳定平衡状态。 电动机以一n2转速使重物匀速下降。 采用能耗制动下放重物的主要优点是:不会出现像倒 拉反接制动那样因对于TL的大小估计错误而引起重物上升 的事故。运行速度也较反接制动时稳定。
3.6 直流他励电动机的制动特性
制动：是从某一稳定转速开始减速到停止或是限制位能负 载下降速度的一种运转状态。 电动机的制动与自然停车区别： 自然停车:电动机脱离电网，靠很小的摩擦阻转矩消耗机 械能使转速慢慢下降，直到转速为零而停车。 特点：这种停车过程需时较长
实验一 直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
实验一直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性实验一直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性一、实验目的测量他励直流电动机的自然机械特性及各种电气参数变化时的人为机械特性。
通过试验掌控直流电动机在各种运转状态时的特点和能量切换的规律。
二、预习要点1、发生改变他励直流电动机机械特性存有哪些方法？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LX1刹车时，能量传递关系，电动势均衡方程式及机械特性。
三、实验项目1、电动及答谢刹车状态下的机械特性2、电动及LX1刹车状态下的机械特性3、能耗刹车状态下的机械特性四、实验设备及挂件排列顺序1、实验设备序号12345型号dd01dd03dj15dj23d51名称电源控制屏不锈钢电机导轨、测距系统及lenses转速表直流并励电动机校正直流测功机波形测试及控制器板数量1台1件1台1台1件2、屏上挂件排序顺序d51五、实验方法及步骤按图1-1接线，图中m用编号为dj15的直流并励电动机(K817他励方式)，mg用编号为dj23的校正直流测功机，直流电压表v1的量程为500v，直流电流表a2、a4的量程为200ma，a1、a3的量程为5a。
r2、r4采用r1、r3上的900ω电阻分后甩三相，r1采用r2、r4上4个90ω串联，r3采用r5上的900ω并联加之r6上的90ω串联和实验台面上两个1300ω并联。
控制器s1、s2采用d51上的双刀双投掷控制器。
直流电动机运行于电动及回馈制动状态下的自然机械特性(一)试验详述：(1)测定被试直流电动机m运行于电动状态的机械特性时，在其轴上可加负载的形式是多种多样的，然而要获得反接、回馈及能耗制动等状态时的机械特性，其最可行的方法是采用一台直流电机来做负载，利用负载机mg工作在不同的运行状态，来测出受试电动机m于不同运转状态的机械特性。
他励直流电动机的制动
他励直流电动机的制动电机有两种运转状态：电动运转与同向。
制动运转与反向。
制动的目的使系统停车或限速。
自由停车法，电气制动，机械制动。
能耗制动；反接制动；回馈制动。
分析每种制动过程产生的条件，机械特性，及特点等。
１、能耗制动：产生条件：电机顺时针方向旋转，与之同方向。
电机在电动状态下运行.各物理量正方向如图所示：电机在电动状态下运行,合上，断开,制动。
不变，U＝0.制动瞬间：励磁不变，因惯性转速不变，不变，但电枢电流与同方向，而转变了方向，使反向，电机处于制动状态。
若带位能性负载最终将稳定在C点，等速下放。
越大，制动越快。
2、反接制动：1)、转速反向的反接制动：正接反转。
产生条件：起重机起吊重物，电机的起动转矩小于重物的负载转矩，电机被负载拖动反向起动，使电机的转速逆电磁转矩的方向旋转，n 与反向，电机处于制动状态。
功率全消耗于上。
2)、电枢反接的反接制动：正转反接。
产生条件：电机在电动状态下运行，突将电枢反接，即U为负，电枢电流转变方向，使转变方向，电机处于制动状态。
在 C 应即时断开电源，否则电机将反转。
3、回馈制动：再生制动。
1)、位能负载拖动电动机，电机运行在反向电动状态，某缘由使电机的转速达到某一数值时，电机的，使电枢电流反向，即T 反向，电机进入发电机运行状态，而起制动作用。
电机将轴上输入的机械功率大部分回馈给电网，小部分消耗在电阻上。
2)、转变电枢电压：电机在正向电动状态运行，突降电枢电压,来不及变化，使,消失回馈制动,特性在其次象限。
同一电动机在相同电枢电阻时各种运行状态：。
电机原理与拖动——第三章直流电动机电力拖动2
电枢由晶闸管整流供电的直流调速系统示意图
晶闸管励磁的发电机-电动机机组调速系统 晶闸管励磁的发电机 电动机机组调速系统
(3)机械特性方程 机械特性方程
U0 --整流电压 整流电压 R0 -- 整流装置内阻
调压调速时的机械特性
(4)调压调速特点 调压调速特点 1) 调速范围广； 调速范围广； 2) 调速平滑性高； 调速平滑性高； 3) 设备投资大； 设备投资大； 4) 采用可控硅直流电源时效率高，采 采用可控硅直流电源时效率高， 用机组时效率较低。 用机组时效率较低。
3.3
他励直流电动机的调速
1.可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法： 可以采用的调速方法 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 机械方法；电气方法；机械电气配合方法。 2.电气调速方法： 电气调速方法： 电气调速方法 由转速调节特性来看: 由转速调节特性来看
欲改变电动机的转速， 欲改变电动机的转速，可以改变电枢端电 包括改变U 和改变R 压 Ua （包括改变 和改变 )，或改变励磁 实现。 磁通 Φ 实现。
2.降低电源电压 降低电源电压
使用的可调直流电源有： 使用的可调直流电源有： (1)晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置； 晶闸管整流装置 (2)电动机 发电机机组。 电动机-发电机机组 电动机 发电机机组。 容量较大时用机组作为可调直流电源， 容量较大时用机组作为可调直流电源，而用 晶闸管装置调节发电机G的励磁电流 的励磁电流。 晶闸管装置调节发电机 的励磁电流。
静差率与调速范围的关系： 静差率与调速范围的关系：
静差率与调速范围是互相联系的两项指标， 静差率与调速范围是互相联系的两项指标，系统 决定于低速特性的静差率。 可能达到最低速 nmin 决定于低速特性的静差率。
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励磁电源
电枢电源
A2 Ia
M
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
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 序 型号 号
1
2
3
4
5
2、屏上挂件排列顺序 D51
MET01
DD03
DJ15
DJ23
D51
电源控制屏
名
不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表 1 件
直流并励电动机
校正直流测功机
波形测试及开关板
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
称
பைடு நூலகம்
数量
1台
1台
1台
1件
＋
220V V1
－
＋
－ R1
12
S1
R2
If
A1
图 6-1 他励直流电动机机械特性测定的实验接线图 3、R2=0 时电动及回馈制动状态下的机械特性
按图 6-1 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 500V，直流电流表 A1、A3 的量程为 200mA，A2、A4 的量程为 5A。R1 选用 R1 上的 1800Ω 阻值，R2 选用 R2 上的 180Ω 阻值，R3 选用 R3 上 1800Ω 电阻加 R4 上的 180Ω 共 1980Ω 阻值，R4 选用 R5 上的 1800Ω 加上 R 上的 650Ω 共 2450Ω。开关 S1、S2 选用 D51 上的双刀双掷开关。 (1) R1 阻值置最小位置，R2、R3 及 R4 阻值置最大位置。开关 S1、S2 选用 D51 挂箱上的对 应开关，并将 S1 合向 1 电源端，S2 合向 2'短接端(见图 6-1)。
(2) 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“启动”按钮，随后接通“励 磁电源”开关，最后检查 R2 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 R2 阻值至零位置，调节 R3 阻值，使电 流表 A3 为 100mA。
一、 实验目的
直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
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。
(3) 调节电动机 M 的磁场调节电阻 R1 阻值，和电机 MG 的负载电阻 R4 阻值(先调节 R5 上 1800Ω 阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机 M 的 n=nN=1600r/min，IN=If+Ia=1.2A。此时他励直流电动机的励磁电流 If 为额定励磁电流 IfN。 保持 U=UN=220V ，If=IfN,校正直流测功机的励磁电流为校正值 100mA。增大 R4 阻值，直 至空载(将开关 S2 拨至中间位置),测取电动机 M 在额定负载至空载范围的 n、Ia 数据。共 取 8-9 组数据记录于表 6-1 中。