第7讲 他励直流电动机的机械特性概要
他励直流电动机的机械特性(精)
反之，如果电网电压波动使机械特性偏低，由曲线1转为曲 线3，则瞬间工作点将转到 B 点，电磁转矩小于负载转矩， 转速将由 B点降低到 C 点，在 C 点取得新的平衡；而当 扰动消失后，工作点将又恢复到原工作点A。这种情况我们就 称为系统在A点能稳定运行，而图2.16（b）则是一种不稳定运 行的情况，读者可自己分析。 由以上分析，可得出如下结论：若两条特性曲线有交点 （必要条件），且在工作点上满足 dTem dTL （2-11） ＜
dn dn
（充分条件）则系统能稳定运行，式（211 ）即为稳定运行条件。对恒转矩负载 , 则 dT / dn 0即电磁转矩的变化与转速 的变化要异号,图示则为电动机的机械特性 曲线应是往下倾斜的。显然在图2.16（b） dTL / dn 0 dT / dn 0 中的A点， ，因此不 能稳定运行。
图2.14 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R pf或降低励磁电压U f 来减弱 R pa 0 特 磁通，此时 U U N ， 性方程式为； UN Ra （2-10） n T 2 em Ce CeCT
由于磁通 的减少，使 得理想空载转速 n 0 和斜率 都增大，其特性曲线如图2.15 所图示。
2.3.1
机械特性方程式
图 2.11 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。由式 U Ea I a Ra 、 E a C e n 和 式 Tem CT I a 可求得机械特性方 程式;
←
U R n T C C C
U n C
0 e
图2.12 他励直流电动机的机械特性
直流他励电机特点
直流他励电机是一种直流电机，其励磁线圈和电枢绕组是分开的，励磁电流由单独的电源提供，与电枢电流无关。
以下是直流他励电机的特点：
1. 调速范围宽：由于励磁电流可以独立控制，所以直流他励电机的调速范围很宽。
2. 控制方便：这种电机可以通过改变电枢的供电电压来控制转速，不需要换向接触器和再生制动接触器，控制器可以控制正反转。
3. 节约成本：由于不需要换向接触器和再生制动接触器，所以成本较低。
4. 再生制动和平滑制动：他励电动机具有再生制动和平滑制动功能，可以减少电机发热，保护电动机，延长使用寿命。
5. 独立励磁线圈和电枢线圈：他励电动机的励磁线圈和电枢线圈是分开的，这有利于换向，并且电枢电流比励磁电流大。
总的来说，直流他励电机是一种性能优良、控制方便的电机，在电力、汽车、船舶、航空、农业等各个领域都有广泛的应用。
他励直流电动机的机械特性(精)
2.15 他励直流电动机 弱磁时的机械特性
2.3.3
电力拖动系统稳定运行的条件
设有一电力拖动系统，原来匀速运行于某一转速， 由于受到外界某种短时的扰动，如负载的突然变化或 电网电压波动等（注意：这种变化不是人为的控制调 节），而使电动机转速发生变化，离开了原平衡状态， 当外界的扰动消失后，系统能恢复到原来的转速，或 在新的条件下达到新平衡状态，就称该系统能稳定运 行，否则就称为不稳定运行。显然，稳定运行是拖动 系统所必须满足的条件。 为了使系统能稳定运行，电动机的机械特性和负 载的转矩特性必须配合得当，这就是电力拖动系统稳 定运行的条件。
n 越大，机械特性就 越大， 越“软”，通常称大的机械特
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 n N 也可用额定转速调整率 ％来 说明，见式（1-22），转速调整 率小， 则机械特性硬度就高。
2.3.2 固有机械特性和人为机械特性
1．固有机械特性 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 U R n T （2-7） C CC 固有机械特性如图2.13中 的曲线 R Ra 所示，由于 Ra 较小，故他励直流电动机固 有机械特性较“硬”。
em
em
由于大多数负载转矩都是随转速的升高而增大 或者保持恒值，因此只要电动机具有下降的机械特 性，就能满足稳定运行的条件。一般来说，电动机 如果具有上升的机械特性，运行是不稳定的，但若 拖动某种特殊负载，如通风机负载，那么只要能满 足式（2-11）的条件，系统仍能稳定运行。 应当指出，式（2-11）所表示的电力拖动稳定 运行的条件，不论对直流电动机还是交流电动机都 是适用的，因而具有普遍意义。
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
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性一、实验目的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。
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2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D44按图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。
3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性(1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R 3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。
(2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。
开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。
(3) 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“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R 2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R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。
他励直流电动机工作特性
他励直流电动机工作特性
工作特性：U=UN，If=IfN，电枢回路不串电阻的状况下，负载P2变化时，电机的转速n、转矩T、效率η分别随输出功率P2变化的关系曲线。
一、转速特性n=f(P2)
U = CeΦ n+IaRa+2ΔUs
n=(U-2ΔUs-IaRa) / (CeΦ)
影响转速n的因素有二：1）电流Ia增大时电枢电阻压将IaRa也增大，使转速趋于下降；2）电流增大时，电枢反应的去磁作用使得磁通Φ下降，使转速趋于上升。
一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速降低。
由于电阻Ra的值很小，所以转速下降比较平缓。
电流增大，电压恒定时意味着P2增大，所以n=f(P2)是一条较平的下降曲线（硬特性）。
二、转矩特性T = f (P2)
T=T2+T0=P2/(2nπ/60) + T0
他励直流电动机在负载变化时，转速变化很小，可以近似认为T0=常数。
假如不考虑转速的变化，则T=f (P2)为一条直线，考虑到转速略有下降，所以T=f (P2)为一条略微上翘的曲线。
三、效率特性η = f (P2)。
他励直流电动机的机械特性
四、 人为机械特性
R R p a N 固有机械特性：n U M 2 C e 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。 （U，Φ，Rad）
C C e t N
1. 串联电阻时的人为机械特性
此时增加了Rad：U＝UN，Φ ＝Φ N，R＝Ra＋ Rad 电枢串联电阻Rad时，人为机械特性的方程式 U R R N a ad 为：n T n n
2 K K eN K e t N 0
当U和Φ 都是额定值时，理想空载转速不变， 转速降增加，特性变软。 Rad越大，特性越软 。
特点和机械特性图
特点
人为机械特性由交纵 坐标轴于一点，但具 有不同斜率的射线族 组成。
机械特性图
电枢串联电阻时的人 为机械特性
2. 改变电压时的人为机械特性
特性曲线图
因为，当n＝0时， I＝Ist＝U/Ra＝常数， 所以，Tst＝KtΦ Ist 随Φ 的降低而减小，而 n0随Φ 的降低而增大。 改变磁通Φ 的人为特性 曲线图如右图。
注意
根据固有机械特性估算数据
根据固有机械特性可估算以下数据： 电枢电阻Ra：通常电机在额定负载下的铜耗 I2aRa占总损耗ΣΔPN的50％～75％。因 ΣΔPN＝输入功率－输出功率 ＝UNIN－PN ＝UNIN－ηN UNIN ＝（1－ηN ）UNIN 即 Δ P铜＝ I2aRa＝(0.5～0.75)(1-ηN )UNIN 式中， ηN ＝ PN/(UNIN) 是额定运行条件下电 动机的效率，且此时Ia＝IN
T N
TN是电动机轴上的输出转矩， 电磁转矩
9 .55 n N
并励（他励）直流电动机机械特性[修订]
![并励（他励）直流电动机机械特性[修订]](https://img.taocdn.com/s3/m/6c7bb62d590216fc700abb68a98271fe900eaf43.png)
图5-4 并励直流电动机电路图并励直流电动机的机械方程式可以从公式a e E C n =Φ，U =U I R -图5-5 并励电动机的机械特性二、固有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：2e e T C C C N aN NU R n T ΦΦ=-（5-5）固有机械特性如图5-6中的曲线 a R R = 所示，由于a R 较小，故并励直流电动机固有机械特性为硬特性，这种特性适用与负载变化时要求转速比较稳定的场合，经常用金属切削机床、造纸机械等要求恒速的地方。
必须注意的是：当磁通过分削弱后，如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载。
另外，当ϕ=0时，从理论上说，电动机的空载转速将趋于∞，实际上励磁电流为零时，电动机尚有剩磁，这时转速虽不趋于∞，但会升到机械强度所不允许的数值，通常称为“飞车”，因此，直流并励电动机起动前必须先加励磁电流，在运转过程中，绝不允许励磁电路断开或励磁电流为零。
为此，直流并励电动机在使用中，一般都设有“失磁”保护。
…………………………………………第 二 课 时三、人为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（5-4）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，并励电动机有下列三种人为机械特性。
⒈电枢串电阻时的人为机械特性此时 N U U =，N ΦΦ=，a pa R R R =+，人为机械特性的方程式为：图5-7 并励电动机改变电枢电压的人为机械特性⒊减弱磁通时的人为机械特性可以在励磁回路内串接电阻fL R 或降低励磁电压f U 来减弱磁通，此时N U U =， 0pa R =，机械特性方程式为；2e e T C C C N aU R n T ΦΦ=-（5-8）由于磁通Φ 的减少，使得理想空载转速0n 和斜率β 都增大，其特性曲线，如图5-8所示。
他励直流电动机的机械特性
主讲：武 桐
§3 直流电动机的电力拖动
重点章节
主要内容：
• 机械特性 基础
• 起动
• 调速
• 制动
难点
最重要
§3.1 他励直流电动机的机械特性
一 、他励直流电动机机械特性概念
1. 定义：
电源电压U、气隙磁通Φ、电枢回路总电阻 Ra Rc均为常数时，
讨论 n f (TI)a ，即为机械特性。
？
起动理想空载点，仅靠电机本身达不到，但为什么实验中则可以测得 n0
人为通过外界经电机轴上转入与 n 同方向的拖动转距 T，克服 T0 。
§3.1 他励直流电动机的机械特性
一 、他励直流电动机机械特性概念
4. 分析 四个特殊点： ③ 额定工作点 C （例）
n
n n0 T
• 额定工作点（ TN ， nN ）
图3－7 电枢反应的去磁效应 引起的机械特性上翘
§3.1 他励直流电动机的机械特性
四 、他励直流电动机机械特性的绘制 结合例题P56 3-1
① 固有机械特性的绘制
• 根据 PN 、U N 、I N ，估算 Ra ; • 计算 Ce N ;
• 求 n0;
• 计算 TN .
• 通过（ n0 , 0）、（ nN , TN ）
n UN
Ra
Ce Ce CT
T
n0' T
• n0 ， 同时变化。
3
2
1
N
N 1 2 3 T
§3.响
电枢反应表现为去磁效应，
电枢反应时，气隙磁密不再是常 数，将随电枢电流增大而减小。 电枢电流较小时，电枢反应不明 显，电枢电流增大时，气隙磁通 下降较多，电机n增大，使机械 特性出现上翘。
他励直流电机的机械特性
定，负载确定电机的
电流与转速
7
他励直流电动机的功率关系
UIa EaIa Ia2Ra
T T2 T0
P1 PM pCua
PM P2 p0
P1 P2 pCua p0 P2 pCua pm pFe
p pCua pm pFe ps
n0
U
Ce
n0 T
直线！
: 理想空载转速
Ra R CeCT 2
:
机械特性的斜率
10
固有机械特性
U=UN，If=IfN, R=0 时的机械特性，也称自然
n T 机械特性
UN
CeN
Ra
CeCTN 2
11
特点：
• 电磁转矩越大，转速越低
• T=0：理想空载转速
+ U RL
-
N
n
T
正方向
Ia
Ea
T0
S
T1
原动机
1
1、他励直流发电机电压平衡关系式：
电枢回路： U Ea Ia Ra
+
U RL N
-
Ea Cen
n
T
T CtIa
U Ea Ia Ra Ia RL Ia
Ea
T0
S
励磁回路：
T1
U f I f rf f (I f , Ia )
PM T Ea Ia
机电能量转换！ 3
P1 PM p0 P2 p0 pcu P2 pm pFe pcu
p pcu pf pm pFe ps
效率： P2 P2
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TT C C '=Φ3. 效率特性a ae e R U n I C C =+ΦΦe T a Ta T C I C I '==Φ2Fe mecCufaaa c21a f 2Δ100%1()pp 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 20T T T =+2e T a T aT C I C I '==Φae f C C K '=TT f C C K '=2e 200602πP 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。
Rj=0为自然机械特性Rj不等于零为人工机械特性Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。
即硬度高。
工作特性1. 转速特性当U=U N , I f =I f N 时，n=f (I a )的关系曲线如图2. 转矩特性当U=U N ,I f =I fN 时，T e =f (I a )的关系曲线如图e T a Ta T C I C I '==ΦTT C C '=Φ3. 效率特性当U=U N ,I f =I fN 时，η=f (I a )的关系曲线如图2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1()p p p I R I U P P U I I ⎡⎤++++η=⨯=-⎢⎥+⎣⎦应用领域并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。
第7讲 他励直流电动机的机械特性
nN n0 nN TN
为额定转速差。
0
TN T
二、他励直流电动机固有机械特性
（5）n=0时，即电机启动时，
n
n0
Ea CeNn 0 ，电枢电流
Ia
UN Ra
Is
称为启动电流，
nN
电磁转矩
T Ct Is Ts
ΔnN
称为启动转矩。由于电枢电阻较小，
0
启动电流和转矩都比额定值大。
TN T
以上分析时机械特性在第一象限的情况，有：
曲线如图3，电机转速与转矩平方根成反比，当电磁转 矩增大，转速降低很快，机械特性很软。
若电流Ia太大，磁路饱和，Φ基本不变，机械特性接近
于他励直流电动机，机械特性变硬。 n
总结：
n0
（1）是一条非线性的软特性；
1
（2）当电磁转矩非常小时，
2
转速很高所以不允许空载运行；
3
（3）电磁转矩与电枢电流的平
0
0
U
-
Ea
串励绕组 并励绕组
1 2 3
T
第7讲 他励直流电动机的机械特性
1、固有机械特性 2、人为机械特性 3、串励和复励直流电动机
一、机械特性的一般表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压U、励磁电流If、
电枢回路电阻Ra为恒值的条件下，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。
n = f (T)
n
U
Ia ( R a R)
在电机的铭牌数据中，可以知道nN，而理想空载转速 n0和额定转矩TN却是未知的。
由理想空载转速公式可得：
n0
UN
CeN
CeN
EaN nN
直流他励电动机的机械特性
3．改变磁通? 时的人为特性 ?U ? UN , Rad ? 0?
把n ?
UN
Ke? N
?
Ra
Ke Km?
2T
N
与n
?
UN
K e?
? Ra
Ke Km?
2T
?理想空载转速随磁通的改变而变化；
?转速降随磁通的改变而变化。
特性变软
?由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流 和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节；
? ? dT ? Δ T ? 100%
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（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:
n?
UN
Ke? N
?
Ra
Ke Km?
2T
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
2. 转速降落
n0 ?
n
?
Ra KeKm?
2T
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 ? Δ T ? 100%
dn Δn
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
? 当磁通过分削弱后： （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，
他励直流电动机的人为机械特性设计
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。
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表示电动机额定运行时，电枢铜耗占总损耗的1/2到1/3。
具体步骤：
(1)估算EaN或实测（或估算）Ra；
(2)计算 CeN ; (3)计算理想空载转速n0： (4)计算TN;
四、根据电机铭牌估算机械特性
（二）人为特性的绘制
在固有机械特性方程 n=n0 -βT的基础上，根据
+ Ia U -
R
T
Φ
TL Ra
n
M
Ea
2 T C I C I I C I 电磁转矩方程可写为： t a t f a t a
U CT Ra n T Ce Ce
五、串励直流电动机的机械特性
曲线如图3，电机转速与转矩平方根成反比，当电磁 转矩增大，转速降低很快，机械特性很软。 若电流Ia太大，磁路饱和，Φ基本不变，机械特性接近 于他励直流电动机，机械特性变硬。 n
第7讲 他励直流电动机的机械特性
1、固有机械特性 2、人为机械特性 3、串励和复励直流电动机
一、机械特性的一般表达式
直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压U、励磁电流If、
电枢回路电阻Ra为恒值的条件下，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。
n = f (T)
U I a ( R a R) RaR U n T 2 Ce Ce CeCt n0 T
三、他励直流电动机人为机械特性
当改变 U 或
Ra
或 Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。
（一）电枢串电阻时的人为机械特性
U=UN， =N，串电阻R
UN Ra R n T 2 CeN Ce C tN
n n0
R1<R2
Ra Ra+R1 Ra+R2
}
固有
特点： （１）理想空载转速n0不变 0 （２）n与Ｒ成正比 R↗→n↗→n↘ 特性曲线为通过n0点的射线
Δ nN
nN
（1）电磁转矩越大，转速越低，是一条下 斜直线；
0
TN
T
二、他励直流电动机固有机械特性
（2）T=0时，
n n0 UN 为理想空载转速。此时Ia=0，Ea=UN; Ce N
（3）斜率
化时，转速变化很小，斜率大时，称为ຫໍສະໝຸດ 特性。Ra 2 CeCt N
，其值很小，特性较平，为硬特性，转矩变
人为特性所对应的参数 R 或 U 或 Φ 变化（感应
电动势和电磁转矩等会相应变化），重新计算n0
和β，然后得到人为机械特性方程式。
例题3-10
解： （1）估算Ra
1 U N I N PN 220 250 50000 Ra ( ) 0.04 2 2 2 IN 2 250
其中：
n0
U Ce
称为理想空载转速；
称为机械特性的斜率。
RaR CeCT 2
二、他励直流电动机固有机械特性
当 U U ,Φ Φ , R 0 时的机械特性称为固有机械特性： N N
UN Ra n T n0 T 2 CeΦN Ce Ct ΦN
n n0
他励直流电动固有机械特性有以下特点：
UN EaN U N I N Ra n0 CeN CeN nN nN
由上式可知，如果能知道额定电枢电动势 EaN或Ra，便可以 求出 CeN ，从而求出理想空载转速n0。
(1)根据经验估算EaN:
EaN (0.93---0.97)UN
四、根据电机铭牌估算机械特性
(2)根据所选直流电机，实测或者估算电枢回路电阻Ra:
人为
T
三、他励直流电动机人为机械特性
（二）改变电枢电压时的人为机械特性
Ｒ＝Ra =N
Ra U n T 2 CeN Ce CtN
特点：
n n0
UN U1 T U=0 -UN
n1
0
（１）n0U
（２）n与Ｕ无关 U↘→n0↘→n↘， 一组平行线
n0
三、他励直流电动机人为机械特性
（三）减弱磁通时的人为机械特性
（2）计算CeΦn
U N I N Ra 220 250 0.04 Ce N 0.1826 nN 1150
五、串励直流电动机的机械特性
如右图为串励直流电动机框图， 当Ia较小，磁路不饱和时： Ia If ; Kf I f Kf I a 电机转速可以表示为： U I a Ra Ra U n I a Ce Ce Ce 其中， Ce Kf ; Ra Ra Rf R Ce 其中， Ct Ct Kf 从而得到电机转速公式：
Ｕ＝UN ，Ｒ＝Ra
UN Ra n T 2 Ce Ce Ct
改变每极磁通的人为机械特性 如图所示，特性较软。
n
n01
1
N
n0
0
T
四、根据电机铭牌估算机械特性
根据理想空载点（n0，0）和额定工作点（nN，TN）就可 以通过这两点连成直线，就是电机的固有机械特性曲线。 在电机的铭牌数据中，可以知道nN，而理想空载转速 n0和额定转矩TN却是未知的。 由理想空载转速公式可得：
n n0 nN
（4）当T=TN，n=nN，转速差
Δ nN
nN n0 nN TN
为额定转速差。
0
TN
T
二、他励直流电动机固有机械特性
（5）n=0时，即电机启动时，
Ea CeN n 0 ，电枢电流
UN Ia Is Ra
n n0 nN
Δ nN
称为启动电流，
电磁转矩
T Ct Is Ts
（7）若T<0，n>n0，此时电磁转矩方向与转速相反，由拖
动性变为制动性，此时Ia<0，Ea=UN-IaRa>UN，转速n>n0，
机械特性在第二象限，实际上他励直流电机的电磁功 率 PM Ea Ia T 0 ，输入功率 P ，电机工 1 U N Ia 0 作在发电状态。 例题3-8；3-9
称为启动转矩。由于电枢电阻较小，
0
TN
T
启动电流和转矩都比额定值大。
以上分析时机械特性在第一象限的情况，有：
0 T Ts ; n0 >n>0; UN >Ea >0
二、他励直流电动机固有机械特性
（6）若 T>Ts ，n<0。即电机启动时，由于T>Ts，则Ia>Is，即
U N Ea U Is N ; U N Ea U N Ra Ra 成立，只有Ea<0，n<0，机械特性在第四象限。 Ia