电机特性
电机的工作原理及特性
电机的工作原理及特性电机是一种将电能转化为机械能的装置，它通过电流在导线中产生的磁场与外部磁场相互作用，从而实现转动。
电机的工作原理主要基于安培力和楞次定律。
根据安培力定律，当导体通电时，在导体上会产生感应磁场，而磁场与电流之间的关系由楞次定律决定。
根据楞次定律，感应磁场的方向与导体内电流方向以及磁场之间的关系是相互作用的。
当导体中的电流与磁场相互作用时，会产生一个力矩，通过这个力矩就能带动电机的旋转。
电动机可以根据其工作原理分为直流电动机和交流电动机两大类。
直流电动机的工作原理是基于直流电流通过电枢线圈产生磁场，通过刷子与换向器使电流方向反向，从而改变电枢线圈上的磁极，产生一个旋转力矩。
直流电动机通常由电枢、磁极和电刷以及换向器组成。
电枢是由绕组绕成的，放在固定的磁极上，而刷子则用来与电枢的接触，换向器则用于改变电流的方向。
交流电动机的工作原理是基于交流电通过定子上的绕组产生交变磁场，而旋转的转子会在磁场作用下产生力矩。
交流电动机通常由定子和转子组成。
定子上的绕组通常被称为“电枢”或“感应线圈”，而转子上的绕组则被称为“励磁线圈”或“转子绕组”。
电动机的特性主要包括转速、转矩和效率。
转速是指电动机旋转的速度，通常以每分钟转数（RPM）为单位。
转速可以通过改变电源电压或电动机的机械负载来调节。
转矩是指电动机提供的旋转力矩，通常以牛顿米（Nm）为单位。
转矩取决于电动机的设计和电源电压。
效率是指电动机将输入电能转化为机械能的比例，通常以百分比表示。
电动机的效率取决于损耗的大小，其中包括电阻损耗、转子绕组电流损耗、机械损耗等。
除了以上的特性外，电动机还具有启动、制动、定位、调速等功能。
电动机的启动通常需要提供一个较大的启动转矩，而制动则需要提供一个可控制的制动转矩。
定位和调速通常通过改变输入电压来实现。
电机的工作原理及特性
电机的工作原理及特性电机是一种把电能转化为机械能的机器。
电机的工作原理是利用电磁感应的原理使电流进入绕组中，产生磁场，然后通过引力和磁场力的相互作用，使电机转动来实现机械动力输出。
相对来说，电机是一种电动机，无论是直流电机还是交流电机都是工作原理的一部份。
电机的特性与工作原理紧密相关。
在正常工作条件下，电机的特性应满足机电一体、精确度高、效率高、寿命长、可靠性好、能耗低等要求。
下面将从电机的工作原理和相关的技术要素来详细讲述电机的这些特点。
一、电机的工作原理电机是由电源、电枢和磁场部分组成的。
其中，电源指供电设备，电枢指转动部分，磁场部分指产生磁力的装置。
当电源加上电枢，并使电流流过电枢，由于电枢周围磁场的作用力，电枢会产生旋转，这就是电机的基本工作原理。
二、电机的特性机电一体：电机的机械工作量是由磁力和电力在内部产生的机电相互作用来实现的。
机电一体表现在电机内部，就是电机的各个部分都具有机械和电气性质。
电机的结构因素直接影响其工作效率，因此，电机技术应该是从机电一体原则出发。
高精度：电机的精度决定了其稳定性和可靠性。
在现代工业生产中，要求电机的精度达到零误差、高效率和长寿命。
高效率：电机的效率取决于电机本身的设计和所选配的其他压力，如负载等。
一般来说，电机效率高低与电机功率、电枢电流和磁场之间的效率有关系。
其效率的提高需要采用高效节能电机，降低功率损耗和电力消耗等方案。
长寿命：电机的寿命指电机的使用时间，由于电机内部有较高的温度和电磁场，电机的寿命与其自身结构、使用环境、自己的运转指数、维护保养等有关，其延长寿命需要采取一定的预防措施手段。
可靠性好：电机的可靠性决定了其能否稳定运转和高效工作。
因此，在电机的设定和生产过程中，应注意提高电机的可靠性和稳定性，降低损坏率，尽可能减少生产停留等不必要的损坏。
能耗低：电机的能耗主要在于磁力和电力的耗费，其磁力耗费是由磁铁和铁芯等材料的磁性造成的，而电力耗费是由电源供电转化为电流造成的。
步进电机的基本特性-静态、动态、暂态转矩特性
步进电机的基本特性:静态、动态、暂态转矩特性步进电机的基本特性包括电机静态特性、连续运动特性（动态特性）、电机启动特性和电机制动特性（暂态特性）。
下面分别作介绍：静态转矩特性步进电机的线圈通直流电时，带负载转子的电磁转矩（与负载转矩平衡而产生的恢复电磁转矩称为静态转矩或静止转矩）与转子功率角的关系称为角度-静止转矩特性，这就是电机的静态特性。
如下图所示：因为转子为永磁体，产生的气隙磁密为正弦分布，所以理论上静止转矩曲线为正弦波。
此角度-静止转矩特性为步进电机产生电磁转矩能力的重要指标，最大转矩越大越好，转矩波形越接近正弦越好。
实际上磁极下存在齿槽转矩，使合成转矩发生畸变，如两相电机的齿槽转矩为静止转矩角度周期的4倍谐波，加在正弦的静止转矩上，则上图所示的转矩为：TL=TMsin[(θL/θM)π/2]其中TL与TM各表示负载转矩和最大静止转矩（或称把持转矩），相对应的功率角为θL和θM，此位移角的变化决定了步进电机位置精度。
根据上式得到：θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)PM型永磁步进电机和HB混合式步进电机的步距角θs在前面的课程中讲过即：θs=180°/PNr，角度改为机械角度（弧度），则变成下式：θs=π/(2Nr)上式Nr为转子齿数或极对数，所以两相电机θM=θs。
负载转矩为电磁转矩的负载（如弹簧力或重物的提升力等），电机如要正反向运动，会产生2θL的角度偏差，要提高位置精度，θL就要小，因此，依据式θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)，应选择最大静止转矩Tm大、步距角θs小的步进电机，即高分辨率电机。
根据式θs=π/(2Nr)可知，要使θs越小，Nr越大越好。
另外，高分辨率的步进电机的转子结构大致分为PM型、R型、HB型三种，其中HB型分辨率最好。
由于PM型定子磁极为爪级结构的关系，定子磁极数的增加受到机械加工的限制。
HB型转子表面无齿，N极与S极在转子表面交替磁化，因此极数即为极对数Nr，同样的，转子磁极Nr的增加也受到充磁机械的限制。
常用电动机类型及特点
电动机类型及特点一、同步电机与异步电机区别：〔均属交流电机〕结构：同步电机和异步电机的定子绕组是相同的,主要区别在于转子的结构. 同步电机的转子上有直流励磁绕组,所以需要外加励磁电源,通过滑环引入电流；而异步电机的转子是短路的绕组,靠电磁感应产生电流〔又称感应电机〕. 相比之下,同步电机较复杂,造价高.应用：同步电机大多用在大型发电机的场合.而异步电机那么几乎全用在电动机场合.同步电机效率较异步电机稍高,在2000KW以上的电动机选型时,一般要考虑是否选用同步电机.二、单相异步电动机与三相异步电动机：单项电动机：当单相正弦电流通过定子绕组时,电机就会产生一个交变磁场, 这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个磁场是交变脉动磁场.这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电机无法旋转.当我们用外力使电动机向某一方向旋转时〔如顺时针方向旋转〕,这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大.这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来.通常根据电动机的起动和运行方式的特点,将单相异步电动机分为单相电阻起动异步电动机、单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动和运转异步电动机、单相罩极式异步电动机五种.区别：三相异步电动机采用380V三相供电,单相电机是用220V的电源,而且都是小功率的,最大只有2.2KW .相比于同转速同功率的三相电机,单项电机的效率低、功率因数低、运行平稳性差、且体积大,本钱高,但由于单相电源方便,且调速方便,因此广泛用于电开工具、医疗器械、家用电器等.三、无刷直流电机1、无刷直流电机：无刷直流电机是永磁式同步电机的一种,而并不是真正的直流电机.无刷直流电机不使用机械的电刷装置,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料,性能上相较一般的传统直流电机有很大优势,是当今最理想的调速电机.直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成,在电动机内装有位置传感器检测电动机转子的极性,驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号,以限制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号, 用来限制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩；接受速度指令和速度反应信号,用来限制和调整转速；提供保护和显示等等.特点：•全面替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；•具有传统直流电机的所有优点,同时又取消了碳刷、滑环结构；•可以低速大功率运行,可以省去减速机直接驱动大的负载；•体积小、重量轻、出力大；•转矩特性优异,中、低速转矩性能好,启动转矩大,启动电流小;•无级调速,调速范围广,过载水平强;•软启软停、制动特性好,可省去原有的机械制动或电磁制动装置；•效率高,电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗,消除了多级减速耗,综合节电率可达20%〜60%,仅节电一项一年收回购置本钱；•可靠性高,稳定性好,适应性强,维修与保养简单；•耐颠簸震动,噪音低,震动小,运转平滑,寿命长；•没有无线电干扰,不产生火花,特别适合爆炸性场所,有防爆型；•根据需要可选梯形波磁场电机和正旋波磁场电机.2、无刷直流电机与有刷直流电机直流无刷电机和直流电机是2个概念.虽然直流无刷电机名字带直流,实际上是不是直流电机.从分类上来看,直流电机是一类,而直流无刷电机那么属于同步电机. 〔1〕无刷电机的优点•无电刷、低干扰：没有了有刷电机运转时产生的电火花,极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰.•噪音低,运转顺畅：没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,发热量低,效率高,噪音低,对于模型运行稳定性是一个巨大的支持.•寿命长,低维护本钱：无刷电机的磨损主要是在轴承上,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可.但有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的〔2〕从趋势上论,无刷减速电机可能取代有刷减速电机•适用范围：无刷电机通常被使用在限制要求比拟高,转速比拟高的设备上, 如航模,精密仪器仪表等对电机转速限制严格,转速到达很高的设备；通常动力设备使用的都是有刷电机,如吹风机,工厂的电动机,家用的抽油烟机等；•使用寿命：无刷电机通常使用寿命在几万小时这个数量级,主要取决于轴承的不同；通常有刷电机的连续工作寿命在几百到1千多个小时,到达使用极限就需要更换碳刷；•使用效果：无刷电机通常是数字变频限制,可控性强,从每分钟几转,到每分钟几万转都可以很容易实现.碳刷电机启动以后工作转速恒定,调速不是很容易,串激电机也能到达20000转/秒,但是使用寿命会比拟短.•节能环保方面：相对而言,无刷电机采用变频技术限制的会比串激电机节能很多,最典型的就是变频空调和冰箱.•维修方面：碳刷电机需要更换碳刷,而无刷电机,使用寿命很长,日常维护根本不需要.•噪音方面：与是否是有刷电机无关,主要是看轴承和点击内部组件的配合情况.3、无刷直流电机与交流电机无刷直流电机,定子是旋转磁场,拖着转子磁场转动；交流同步电机,也是定子旋转磁场拖着转子磁场转动；它们的不同是,旋转磁场旋转的原因不同：〔1〕交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；〔2〕直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变是转子转动的快慢；这样,它们的调速方法就不同：〔1〕交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120 度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；只要改变交流电变化的快慢,就能改变电机的转速,即变频调速；〔2〕直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变只与转子转动的快慢相关；只要改变转子的转速就可以调速,而转子的转速与电压成正比,改变电压就可改变转速,即调压调速；直流调速不改变电机的负载性质,而交流调速改变了负载的性质；交流调速〔变频〕,频率不同时,交流电机的感抗大小不同,负载性质随之改变,是一个极不稳定的系统,很难实现精细调速.直流调速〔变压〕,电压不同时,直流电机的电阻大小不变,负载性质不变,是一个非常稳定的系统,很容易实现精细调速,几个毫伏的电压速度都可以分辨.由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体,没有激磁损耗的问题,由于转子中无交变磁通,其转子上既无铜耗又无铁耗,综合效率比同容量异步电动机高出10〜20%左右〔依据功率大小而定〕.无刷直流电动机具有高效率、高转矩、高精度的三高特性,非常适合使用在24小时连续运转的机械,同时具有体积小, 重量轻,可作成各种体积形状,产品性能超越传统直流电机的所有优点,是当今最理想的调速电机.比拟：直流电机具有优良的启动特性和调速特性,但造价较高；交流电机造价低,电源方便,但启动特性和调速特性稍差；4、无刷直流电机与交流伺服电机直流无刷电机：无刷直流电机感应反电动势也是梯形波的.无刷直流电机的限制需要位置信息反应,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术, 构成自控式的调速系统.限制时各相电流也尽量限制成方波,逆变器输出电压根据有刷直流电机PWM 的方法进行限制即可.本质上,无刷直流电机也是一种永磁同步电动机,调速实际也属于变压变频调速范畴.交流伺服电机：通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子,感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供.永磁同步电机限制系统常采用自控式,也需要位置反应信息,可以采用矢量限制〔磁场定向限制〕或直接转矩限制的先进限制方式.区别：方波和正弦波限制导致的设计理念不同.最后明确一个概念,无刷直流电机的所谓“直流变频〞实质上是通过逆变器进行的交流变频,从电机理论上讲,无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似,应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机,由于从其限制和驱动电源以及限制对象的角度看,称之为“无刷直流电机〞也算是适宜的.四、电机调速1、直流电机调速：转子电路串联电阻〔短时调速〕、转子电路电压〔广泛应用,调节范围0—基速〕、改变磁通〔只能提升转速,基速以上,恒功率调速〕〔1〕电压调速：可控电源调速、PWM 〔脉宽调制〕调速〔广泛应用〕与老式的可控直流电源调速系统相比,PWM调速系统有以下优点：a、采用全控型器件的PWM调速系统,其脉宽调制电路的开关频率高,因此系统的频带宽,响应速度快,动态抗扰水平强.b、由于开关频率高,仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流,电枢电流容易连续,系统的低速性能好,稳速精度高,调速范围宽,同时电动机的损耗和发热都较小.c、PWM系统中,主电路的电力电子器件工作在开关状态,损耗小,装置效率高,而且对交流电网的影响小,没有晶闸管整流器对电网的“污染〞, 功率因数高,效率高.d、主电路所需的功率元件少,线路简单,限制方便.目前,受到器件容量的限制,PWM直流调速系统只用于中、小功率的系统.国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速2、交流电机调速：〔1〕三相异步电动机：a、变极对数调速方法：改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数到达调速目的. 特点：具有较硬的机械特性,稳定性良好；无转差损耗,效率高；接线简单、限制方便、价格低；有级调速,级差较大,不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性.本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等.b、变频调速：改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法.变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流一直流一交流变频器和交流一交流变频器两大类,目前国内大都使用交一直一交变频器.其特点：效率高,调速过程中没有附加损耗；应用范围广,可用于笼型异步电动机；调速范围大,特性硬,精度高；技术复杂,造价高,维护检修困难.本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合.c、串级调速：绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,到达调速的目的.根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为:可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高；装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%—90% 的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行,预防停产；晶闸管串级调速功率因数偏低, 谐波影响较大.本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用.九串入附加电阻：绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行.串入的电阻越大,电动机的转速越低.此方法设备简单,限制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上.属有级调速,机械特性较软.e、定子调压调速：由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻.为了扩大稳定运行范围,当调速在2：1以上的场合应采用反应限制以到达自动调节转速目的.调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种.晶闸管调压方式为最正确.调压调速的特点：调压调速线路简单,易实现自动限制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低.调压调速一般适用于100KW 以下的生产机械.f、电磁调速：特点：装置结构及限制线路简单、运行可靠、维修方便；调速平滑、无级调速；对电网无谐影响；速度失大、效率低.本方法适用于中、小功率,要求平滑动、短时低速运行的生产机械.g、液力耦合器调速：特点：功率适应范围大,可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；结构简单,工作可靠,使用及维修方便,且造价低；尺寸小,能容大；限制调节方便,容易实现自动限制.本方法适用于风机、水泵的调速.〔2〕单相异步电动机：〔和力矩电机相比,它恒转矩；和变频电机相比它不节能；和直流电机相比,它限制的精度低；〕单相异步电动机和三相异步电动机一样,它的转速调节较困难.如采用变频调速那么设备复杂、本钱高.为此一般只进行有极调速,主要的调速方法有：a、串电抗器调速(降压调速)：将电抗器与电动机定子绕组串联,利用电抗器上产生的压降使加到电机定子绕组上的电压低于电源电压,从而到达降低电动机转速的目的.此种调速方法,只能是由电机的额定转速往低调.多用在吊扇及台扇上.b、电动机绕组内部抽头调速：通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法,从而到达改变电动机内部气隙磁场的大小,到达调节电动机转速的目的.有L型和T型两种接法.c、交流晶闸管调速：利用改变晶闸管的导通角,来实现调节加在单相电动机上的交流电压的大小,从而到达调速的目的.此方法可以实现无级调速,缺点是有一些电磁干扰.常用于电风扇的调速上.五、电机启动1、直流电机启动(1)启动方法直接合闸起动：直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动.由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小,而转动体具有一定的机械惯性,起动的开始阶段电流很大最大可达额定电流的15〜20倍.由于电动机启动电流很大,所以启动转矩大,电动机启动迅速,但这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花.它只适用于功率不大于4千瓦小型电动机,如家用电器中的直流电机.串电阻起动：在启动时将一组启动电阻？串人电枢回路,以限制启动电流,而当转数上升到额定转数后,再把启动变阻器从电枢回路中切除.启动电流小,但是变阻器比拟笨重,启动过程中要消耗很多的能量.降电压起动：在启动时通过暂时降低电动机供电电压的方法来限制启动电濡要有一套可变电压的直流电源,这种方法只适合于大功率直流电机.〔2〕启动转矩直流电机的起动转矩由你自己设定,假设全压直接起动,可以到达额定转矩的多倍,这样将使机械损毁,所以必须参加启动电阻以减少起动电流从而减少起动转矩,一般参加的启动电阻使起动转矩为额定转矩的2-2.5倍左右,这样电机及机械可以承受,启动过程也能加快.2、交流电机启动〔1〕启动方法全压启动：在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下,可以考虑采用全压直接起动.优点是操纵限制方便,维护简单,而且比拟经济.主要用于小功率电动机的起动,从节约电能的角度考虑,大于11kw的电动机不宜用此方法.自耦减压起动：利用自耦变压器的多抽头减压,既能适应不同负载起动的需要,又能得到更大的起动转矩,是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式.它的最大优点是起动转矩较大,当其绕组抽头在80%处时,起动转矩可达直接起动时的64%.并且可以通过抽头调节起动转矩. 至今仍被广泛应用.Y-A起动：正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机,在起动时将定子绕组接成星形,待起动完毕后再接成三角形,降低起动电流,减轻对电网的冲击.起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3,起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3.适用于无载或者轻载起动的场合.同任何别的减压起动器相比拟,其结构最简单,价格也最廉价.除此之外,当负载较轻时,可以让电动机在星形接法下运行,这样能使电动机的效率有所提升,并节约了电力消耗.软起动器：利用可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动,起动效果好但本钱较高.可控硅工作时谐波干扰较大,对电网有一定的影响.另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通,特别是同一电网中有多台可控硅设备时.因此可控硅元件的故障率较高,由于涉及到电力电子技术, 因此对维护技术人员的要求也较高.变频器：由于涉及到电力电子技术,微机技术,因此本钱高,对维护技术人员的要求也高,因此主要用在需要调速并且对速度限制要求高的领域.总之,星三角起动,自藕减压起动因其本钱低,维护相对软起动和变频限制容易,目前在实际运用中还占有很大的比重.但因其采用分立电气元件组装,限制线路接点较多,在其运行中,故障率相比照拟高.〔2〕启动转矩启动转矩表征了电动机的启动水平,启动转矩大于额定转矩,一般电机样板上标有两者的关系〔倍数〕,一般2倍左右,它与启动方式有关〔如星三角起动,变频调速起动等〕,直接起动鼠笼式一般为额定力矩的0.8到2.2倍.通常起动转矩为额定转矩的125%以上.与之对应的电流称为起动电流,通常该电流为额定电流的6倍左右.一般自耦变压器的抽头有65%和80%两组,需要较大启动转矩时接80%,否那么接65%；六、电机制动1、反接制动：在电机断开电源后,在电机的电源上加上与正常运行电源反相的电源,加快电机的减速.反接制动有一个最大的缺点：当电机转速为0时,如果不及时撤除反相后的电源,电时机反转.因此, 不允许反转的机械,如一些车床等,制动方法就不能采用反接制动了,而只能采用能耗制动或机械制动.2、能耗制动：定子绕组中通以直流电,从而产生一个固定不变的磁场,转子按旋转方向切割磁力线,产生一个制动力矩.由于是在定子绕组中通以直流电来制动,因而能耗制动又叫直流注入制动.在一些要求制动时间短和制动效果好的场合,一般不使用此制动方法.3、再生制动：当电机的转子速度超过电机同步磁场的旋转速度时,转子绕组所产生的电磁转矩的旋转方向和转子的旋转方向相反,电机处于制动状态.此时,可以采取一定的举措把产生的电能回馈给电网, 因此,再生制动也叫发电制动.再生制动会出现在以下两种场合：1、起重机重物下降时,电机转子在重物重力的手动下,转子的转速有可能超过同步转速,此时,电机处于再生制动状态.2、变频调速时,当变频器把频率降低时,同步转速也随之降低.但转子转速由于负载惯性的作用,不会马上降低,此时,电机也会处于再生制动状态,直至拖动系统的速度也下降为止.4、机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法.如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器.七、伺服电机1、直流伺服电机与直流无刷电机直流无刷电机和直流伺服电机是2类,概念上不存在交集.简言之：直流伺服电机特指直流有刷电机.无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定.限制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以正弦波换相.电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境.2、交流伺服电机与直流伺服电机直流伺服电机：就是把直流电机加上编码器形成闭环限制,电机通过改变电的大小来改变电机的扭矩、速度等参数.直流伺服电机的结构和普通直流电机差不多,只是直流电机为满足低惯量采用细长电枢,盘形或空心杯的,或者改成了永磁电机,是最理想的调速系统,这就导致直流伺服电机比拟容易实现调速,限制精度较高.缺点是直流伺服电机有碳刷,容易造成电机的磨损,而且维护本钱高操作麻烦.交流伺服电机：是交流电机的一种,通过伺服驱动器的矢量限制理论限制电机的扭矩,速度、位置等等,交流伺服电机的转子电阻一般很大,这样可以预防自转,当限制电压消失后,由于有励磁电压,此时的交流伺服电机中会有脉振磁动势,交流伺服就是是一种带编码器的同步电机,效果比直流伺服稍微差一点,但维护方便.缺点是价格高、精度没直流的好!推荐使用交流伺服电机, 直流伺服电机太热,限制精度不好,使用寿命短.永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比拟,主要优点有：⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低.⑵定子绕组散热比拟方便.⑶ 惯量小,易于提升系统的快速性波纹管联轴器.⑷适应于高速大力矩工作状态. ⑸同功率下有较小的体积和重量.八、步进电机。
电机的工作原理和特性
电机的工作原理和特性电机是将电能转换为机械能的装置，广泛应用于各类机械设备中，如电梯、汽车、电动工具等。
电机的工作原理和特性是了解电机性能和应用的关键。
下面将详细介绍电机的工作原理和特性。
一、电机的工作原理：1.磁场产生：电机中的磁场通过磁场产生器产生，磁场产生器包括定子和励磁线圈。
励磁线圈通电后，产生的磁场会通过定子铁心导引到转子上，形成一个旋转的磁场。
2.电流产生：在电机的定子上有绕组，绕组会接受外部电源的供电，通电后形成电流。
电流在定子绕组中产生磁场，这个磁场与励磁线圈产生的磁场相互作用，产生力的作用。
3.力的作用：定子和转子上的磁场相互作用，产生力的作用。
通过政策的变化，引起转子的转动。
转子受到电磁力的作用，旋转起来。
当外部负载加在转子上时，电机还可以由机械能转换为电能，称为发电机。
二、电机的特性：电机的特性包括启动特性、稳定特性、负载特性和效率特性。
1.启动特性：电机的启动特性是指在电机启动时各项参数的变化情况。
启动特性包括起动电流、启动时间和启动转矩等。
启动电流一般较大，启动时间较长。
2.稳定特性：电机的稳定特性是指电机在运行时的稳定性。
稳定特性包括工作电流、工作转速、输出转矩和能耗等。
电机在正常运行状态下，工作电流稳定在额定值附近，输出转矩和转速也稳定在一定范围内。
3.负载特性：电机的负载特性是对外部负载变化的响应。
负载特性包括负载转矩、速度变化情况等。
电机在外部负载增加时，输出转矩会增大，输出速度可能减小。
4.效率特性：电机的效率特性是指电机的能量转换效率。
电机的效率特性主要取决于电机的设计和制造质量，以及运行时的负载情况。
电机的效率一般在额定负载下较高。
三、电机的应用：电机作为一种能量转换装置，广泛应用于各个领域。
常见的电机应用包括：1.电动机车和电动工具：电机作为驱动装置，用于汽车、电动自行车、电动剃须刀等。
2.电梯和升降平台：电机作为升降装置的驱动器，用于楼宇、地下停车等场所的垂直运输。
电机的工作原理及特性
电机的工作原理及特性电机是将电能转化为机械能的装置，广泛应用于各个领域，如工业、交通、家用电器等。
本文将详细介绍电机的工作原理及其特性。
电机是基于电磁感应原理和洛伦兹力原理工作的。
电机内部包含一个旋转的部件，称为转子或转子。
转子通常由导体制成，并与电源电路相连。
此外，电机还包括一个外部的固定部件，称为定子或定子。
定子的主要工作是产生与转子上的电流相互作用的磁场。
当电流通过定子的线圈时，产生一个磁场，将转子吸引到一个特定的位置。
当转子到达此位置时，导线被切割磁场，导致导线上出现感应电动势。
这个感应电动势会导致电流在导线中流动，从而在导线和固定部件之间产生洛伦兹力，使转子继续旋转。
这样，电能就会被转化为机械能来驱动电机。
电机的特性：1.电机接受输入电能，并产生机械输出。
电机的效率是指输入电能与输出机械能之间的比率，表征了电机的能量转化效率。
电机的效率通常在80％至95％之间，取决于电机的设计和质量。
2.电机在不同负载下的转矩特性是电机的另一个重要特性。
转矩是电机提供的扭矩，用于克服负载的阻力，驱动机械运动。
转矩与电机的输出功率有关，通常以牛顿米（Nm）为单位。
3.电机的速度特性指的是电机的旋转速度。
转速取决于电源的电压和频率，以及电机的设计和负载。
电机的速度通常以转/分钟（RPM）为单位。
电机的速度特性也可以受到制动器和调速器的控制。
4.电机的起动特性是指电机启动时的表现。
电机启动时需要较高的起动电流，以克服静摩擦和惯性力。
在起动过程中，电机的扭矩和速度都会发生变化，需要考虑到这些特性以确保电机的正常运行。
5.电机的振动和噪音是电机的另一个特性，噪音和振动可能会对电机的性能和寿命产生不良影响。
电机制造商通常会采取措施来减少这些噪音和振动，如使用减振材料和设计平衡的旋转部件。
总之，电机是将电能转化为机械能的关键装置，通过磁场的相互作用和电流感应来完成。
电机的特性包括效率、转矩特性、速度特性、起动特性和振动噪音等。
电动机工作特性的测定原理
电动机工作特性的测定原理
电动机的工作特性是指电动机在不同负载下的转速、负载转矩和电机电流之间的关系。
电动机工作特性的测定可以通过以下原理进行：
1. 转速测定原理：使用转速传感器或测速仪器测量电动机的转速。
常用的转速测定方法包括光电式转速测定、霍尔式转速测定和接触式转速测定等。
2. 负载转矩测定原理：通过测量电动机输出轴或负载轴的扭矩来确定电动机的负载转矩。
常用的负载转矩测定方法包括力传感器测定、压力传感器测定和直接测定等。
3. 电机电流测定原理：使用电流传感器或测电表等仪器测量电动机的电流。
常用的电机电流测定方法包括电流互感器测定、电流放大器测定和直接测定等。
通过以上测定原理，可以获得电动机在不同负载下的工作特性曲线，进而了解电动机的性能和效率。
这些测定结果对于电动机的设计、选择和控制非常重要。
电机特性的实验报告
一、实验目的1. 了解电机的基本工作原理和特性。
2. 通过实验，掌握电机的空载特性、负载特性和调速特性。
3. 熟悉电机实验仪器的使用方法。
二、实验原理电机是一种将电能转换为机械能的装置，主要由定子、转子、磁路、电枢等部分组成。
电机的特性是指电机在一定条件下运行时，其性能参数的变化规律。
主要包括空载特性、负载特性和调速特性。
1. 空载特性：指电机在无负载情况下，电机的转速、转矩、电流等参数与电压之间的关系。
2. 负载特性：指电机在额定负载下，电机的转速、转矩、电流等参数与电压之间的关系。
3. 调速特性：指电机在额定负载下，通过改变电机的输入电压，实现电机转速的调节。
三、实验仪器与设备1. 电机实验台2. 直流稳压电源3. 电流表、电压表4. 电阻箱5. 转速表6. 计算器四、实验步骤1. 空载特性实验（1）将电机实验台连接好，并接通电源。
（2）调节直流稳压电源，使电机实验台的电压逐渐升高。
（3）观察电机的转速、转矩、电流等参数的变化，并记录数据。
（4）重复步骤（3），直到电机的转速达到额定转速。
2. 负载特性实验（1）将电机实验台连接好，并接通电源。
（2）调节直流稳压电源，使电机实验台的电压逐渐升高。
（3）在电机实验台上加上一定的负载，观察电机的转速、转矩、电流等参数的变化，并记录数据。
（4）重复步骤（3），直到电机的转速达到额定转速。
3. 调速特性实验（1）将电机实验台连接好，并接通电源。
（2）调节直流稳压电源，使电机实验台的电压逐渐升高。
（3）观察电机的转速、转矩、电流等参数的变化，并记录数据。
（4）通过改变直流稳压电源的电压，实现电机转速的调节，观察电机的转速、转矩、电流等参数的变化，并记录数据。
五、实验结果与分析1. 空载特性实验结果从实验数据可以看出，电机的转速与电压呈线性关系，转矩与电压呈二次方关系，电流与电压呈一次方关系。
2. 负载特性实验结果从实验数据可以看出，电机的转速与电压呈线性关系，转矩与电压呈二次方关系，电流与电压呈一次方关系。
电机特性分析与设计
电机特性分析与设计电机一直是现代社会中不可或缺的重要设备之一。
无论是工业生产中的机械运转，还是家庭生活中的电器使用，都离不开电机的运转。
因此，了解电机的特性分析与设计对于优化电机的性能和提高能源利用效率具有重要意义。
本文将对电机特性分析与设计进行探讨，以期提供一些有用的指导和启示。
一、电机的工作原理和分类电机是将电能转换成机械能的设备。
它通过电流在磁场中的作用力产生转矩，驱动机械部件运动。
根据其工作原理和结构特点，常见的电机可分为直流电机、交流电机和步进电机等几类。
每一类电机都有其独特的特性和适用范围。
1. 直流电机直流电机是最早被应用的电机之一。
它的特点是转速和转矩均可调节，并且具有较高的起动扭矩。
直流电机广泛应用于工业自动化、机床、电动汽车等领域。
2. 交流电机交流电机是最常见的电机类型之一。
它根据其转子结构和励磁方式可分为异步电机、同步电机和感应电机等。
交流电机具有结构简单、制造成本低、可靠性好等优点，被广泛应用于家用电器、空调、水泵等领域。
3. 步进电机步进电机以定角、定距的方式运转，能够精确控制位置和角度。
因此，步进电机在精密仪器、印刷机械等领域得到了广泛应用。
二、电机特性分析方法在进行电机特性分析时，常用的方法有静态特性分析和动态特性分析两种。
1. 静态特性分析静态特性分析主要关注电机的电磁特性、机械特性和热特性等。
其中，电磁特性主要包括磁场分布、磁通密度和电感等；机械特性主要包括转速、转矩和效率等；热特性主要包括温升和散热方式等。
通过对这些特性的分析，可以评估电机的工作状态和性能，并进行进一步的优化设计。
2. 动态特性分析动态特性分析主要关注电机的响应速度和控制性能等。
通过分析电机的转速响应曲线、转矩响应曲线以及运动学特性等，可以评估电机的动态性能和控制精度。
这对于需要频繁变速或者精准定位的应用来说尤为重要。
三、电机的设计原则与方法电机设计的目标是在满足使用要求的前提下，尽可能地提高效率、降低损耗，并且满足可靠性和经济性需求。
电机学—同步电机的基本运行特性
➢ 空载时，
负载 I 增加， Fa´增加， 要保持 U＝U Nφ，必须增加 If
△AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ
AF If为等效励磁电流
➢ I 不变，
特性三角形不变
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响
六、 Xd、Xq 的低转差测试法
1）方法：将被测试同步发电机拖动到接近同步转速（转差率小于0.01
），将励磁绕组开路，在定子侧加额定频率的相序与转子转向一致的 三相对成低电压（0.02UN），测量定子电压、电流与励磁绕组电压。
2）原理：在If＝0时，E0=0 Ra≈0
电枢磁场轴线与
转子直轴重合 Iq＝0, Id＝ I
n≠n1
电枢磁场轴线与
转子交轴重合 Id＝0, Iq＝ I
不同时刻，Xd > Xq,
Id < Iq
Hale Waihona Puke 因为此时外加电压U 很小，磁路不饱和， 此法测得的Xd、Xq为不饱和值。
（不饱和值）
在图中，由任意Ifk
3. 短路比
空载额定电压所对应的励磁电流If0励磁下三相 稳态短路时的短路电流Ik0与额定电流IN之比。
➢ Kc是同步发电机一个重要的性能、经济指标
△U大，稳定性差
当Kc小时，ku小，Xd大
气隙小，造价低，经济性好
当气隙增加，Xd减小，Kc增加,电机性能变好，造价增高
B
率因素曲线于A'，取A'O'=AO
3）过O'作OB的平行线O'B'，
三角形A' B' C'为所求的特性三角形。
各种电机的特点及典型应用
各种电机的特点及典型应用电机是将电能转化为机械能的设备，广泛应用于工业、交通、农业等领域。
根据不同的工作原理和应用领域，电机可以分为直流电机、交流电机、步进电机和伺服电机等多种类型。
下面将详细介绍各种电机的特点及典型应用。
1. 直流电机（DC Motor）直流电机是利用直流电源供电，通过电流与磁场之间力的相互作用实现电力转换的电机。
其主要特点如下：-转速可调：转速与电压、电流成正比，通过调节电压或电流可以实现转速调节。
-启动和制动能力强：由于直流电机具有较高的起动扭矩，因此适用于大部分需要启动、制动频繁的场合。
-反向性好：通过改变电流的方向可以实现正转与反转。
-稳定性好：适用于对转速稳定性要求较高的场合。
典型应用：-电动汽车：直流电机因其较高的起动扭矩和调速灵活性，逐渐成为电动汽车的首选驱动电机。
-家电产品：如洗衣机、吸尘器、混合机等，直流电机在家电领域中应用广泛。
-动力传输：直流电机常被用于带动传送带、曳引机构等实现物料的输送和搬运。
2. 交流电机（AC Motor）交流电机是利用交流电源供电，通过电流与磁场之间的相互作用实现电力转换的电机。
其主要特点如下：-结构简单：交流电机结构简单，容量大，体积小。
-转速稳定：在额定电压、频率下运行，转速相对稳定。
-使用方便：交流电源广泛，适用于各种场合。
-成本低：与直流电机相比，交流电机制造成本更低。
典型应用：-空调、冰箱、电风扇等家电产品：交流异步电机被广泛应用于家电产品中。
-工业机械：如起重机、输送机、风机、压缩机等巨大的工业设备中，交流电机应用广泛。
-制冷与暖通设备：交流电机被应用于空调机组、冷水机组、风机盘管等机电设备中。
3. 步进电机（Stepper Motor）步进电机是一种将数字脉冲信号转换为角度或者线性位移的电动机。
其主要特点如下：-高精度：步进电机可以非常准确地控制转轴的位置。
-易于控制：步进电机只需提供驱动信号，无需反馈机制，控制比较简单。
三相异步电动机的工作特性
三相异步电动机的工作特性三相异步电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业、农业、交通运输等领域。
其工作特性主要包括以下几个方面：1.转速特性三相异步电动机的转速与电源频率、电机极数、转差率等因素有关。
在额定负载范围内，电机转速与电源频率成正比，极数越多转速越低。
此外，转差率的变化也会影响电机的转速。
一般来说，电机的转差率在0.01-0.05之间。
2.转矩特性三相异步电动机的转矩与电源电压、电流、磁通量等因素有关。
在额定电压和电流下，电机的转矩与磁通量成正比。
随着负载的增加，电流也会增加，进而导致转矩增大。
但是，当负载超过额定负载时，电机会过载，电流和转矩会超出额定范围，导致电机受损。
3.功率因数特性三相异步电动机的功率因数与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的功率因数较低；随着负载的增加，功率因数也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的功率因数达到最大值；当负载继续增加时，功率因数会逐渐降低。
4.效率特性三相异步电动机的效率与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的效率较低；随着负载的增加，效率也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的效率达到最大值；当负载继续增加时，效率会逐渐降低。
5.温升特性三相异步电动机的温升与负载性质、环境温度、散热条件等因素有关。
在额定负载范围内，电机的温升与工作时间成正比；超过额定负载时，电机的温升会急剧上升，导致电机受损。
因此，使用时要注意控制负载和工作时间，保证电机在安全范围内运行。
6.启动特性三相异步电动机的启动方式有多种，如直接启动、降压启动等。
直接启动时，启动电流较大，会对电网造成一定冲击；降压启动时，启动电流较小，可以减少对电网的冲击。
但是，降压启动时需要使用启动设备或其他辅助设备，增加了使用成本和维护工作量。
7.调速特性三相异步电动机的调速可以通过改变电源频率、电压等方法来实现。
但是，这些方法都存在一定的局限性，如变频调速虽然可以方便地实现调速，但成本较高且对电网有一定的影响。
直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性直流电动机是一种常用的机电一体化设备，其被广泛应用于各个领域中。
本文将会介绍直流电动机的机械特性以及其对电机性能的影响。
机械特性在直流电动机中，机械特性包括以下几方面：转矩-转速特性转矩-转速特性是描述直流电动机机械性能的一项基本参数。
在电动机工作过程中，其所能输出的最大转矩随着转速的升高而逐渐降低。
这是因为当电动机转速越来越快时，铁芯和电涡流产生的反磁场会减弱，从而导致电动机所能输出的最大功率下降。
负载特性负载特性是指在不同负载下电机的输出特性。
电动机工作时，其常常需要承受较大的负载。
在负载下，电机输出的功率与输出的转矩有直接的关系，因此负载特性也是衡量电机性能的重要指标。
稳态和瞬态特性电动机的稳态和瞬态特性是描述电机工作状态的两个重要参数。
稳态特性是指电机在稳定状态下的运作特性，而瞬态特性则是指电机在启动、停止和加速等瞬态过程中的运作特性。
机械特性对电机性能的影响电动机的机械特性对其性能的影响十分显著。
其中，转矩-转速特性对电机的负荷能力、效率和稳定性都有影响。
转矩-转速特性可以用动态转矩方程来描述，在实际应用中可以根据负载情况来调整电机的运行状态，以保证其在不同负载下的运行稳定性。
另外，稳态和瞬态特性对电机的启动、停止和加速等过程有直接的影响。
在启动过程中，电机可能会受到较大的起动电流，从而导致电机元件的过载。
在停止过程中，电机可能会产生反电动势，导致能量无法全部释放，影响到电机的效率。
因此，在电机的设计过程中需要充分考虑机械特性对电机性能的影响，以使其性能更加优越。
直流电动机的机械特性是描述其工作性能的一个重要因素。
转矩-转速特性、负载特性以及稳态和瞬态特性等机械特性对电机的性能和效率都有显著的影响。
在电机设计和应用中，我们需要充分考虑这些特性的影响，以保证电机的稳定性、负荷能力和实用性。
直流电机工作原理及特性
直流电机工作原理及特性一、工作原理直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
其工作原理基于洛伦兹力和电磁感应原理。
直流电机由电枢和磁极组成。
电枢由导电线圈绕制而成，磁极则由永磁体或电磁铁构成。
当电流通过电枢时，电枢会产生磁场。
与此同时，磁极的磁场也存在。
根据洛伦兹力原理，当电枢的磁场与磁极的磁场相互作用时，电枢会受到一个力的作用，使其开始旋转。
电枢旋转的方向与电流的方向有关。
为了保持电枢的持续旋转，需要通过电刷和换向器来改变电流的方向。
电刷和换向器的作用是在电枢旋转到一定角度时，改变电流的方向，使电枢继续受到力的作用，保持旋转。
二、特性1. 转速特性：直流电机的转速与电压成正比，转速随着电压的增加而增加。
当负载增加时，转速会下降，这是由于负载对电机的机械阻力增加所致。
2. 转矩特性：直流电机的转矩与电流成正比，转矩随着电流的增加而增加。
当负载增加时，电机需要提供更大的转矩来克服负载的阻力。
3. 效率特性：直流电机的效率是指输出功率与输入功率之比。
在额定负载下，直流电机的效率通常在80%到90%之间。
效率越高，电机的能源利用率就越高。
4. 起动特性：直流电机具有较高的起动转矩，即在启动瞬间能够提供较大的转矩。
这使得直流电机在需要快速启动或对起动转矩要求较高的应用中具有优势。
5. 调速特性：直流电机的转速可以通过调节电压或改变电枢电流来实现调速。
通过改变电压或电流的大小，可以控制电机的转速，使其适应不同的工作要求。
6. 可逆性：直流电机具有可逆性，即可以正转和反转。
通过改变电流的方向，可以改变电机的旋转方向。
7. 稳定性：直流电机具有较好的稳定性，即在负载变化较大的情况下，仍能保持较稳定的转速和转矩输出。
总结：直流电机是一种将直流电能转化为机械能的电动机。
其工作原理基于洛伦兹力和电磁感应原理。
直流电机具有转速特性、转矩特性、效率特性、起动特性、调速特性、可逆性和稳定性等特点。
这些特性使得直流电机在许多应用领域中得到广泛应用，如工业生产线、交通运输、家用电器等。
直流电动机机械特性
直流电动机机械特性直流电动机是一种广泛应用于工业领域的电动机，其机械特性对于在实际工程中使用起着至关重要的作用。
本文将介绍直流电动机的机械特性，包括其基本结构、工作原理、性能参数以及特性曲线等内容。
基本结构直流电动机主要由定子、转子、换向器、电刷、轴承等部件组成。
定子是固定的部件，包括定子铁心、定子绕组等；转子是旋转的部件，包括转子铁心、励磁绕组等；换向器用于改变电流方向，使电机正常运转；电刷与换向器配合使用，传递电流到转子绕组上；轴承则支撑转子的转动。
直流电动机的工作原理是利用电磁感应的原理，当电流通过转子绕组时，会在空间产生磁场，与定子的磁场相互作用产生转矩，推动转子旋转，从而实现电动机的工作。
性能参数直流电动机的性能参数主要包括额定电压、额定功率、额定转速、额定电流、效率等。
其中，额定功率是指电动机在额定电压、额定电流条件下所能输出的功率；额定转速是指电动机在额定电压下转动的转数；效率则是指电动机输出功率与输入功率之比。
特性曲线直流电动机的特性曲线包括转矩-转速曲线和效率-输出功率曲线。
转矩-转速曲线表示在不同负载下电动机的转子转速和输出转矩的关系，通常转矩与转速呈线性关系；效率-输出功率曲线则表示在不同输出功率下电动机的效率变化情况，一般在额定功率附近效率最高。
直流电动机广泛应用于各种机电设备中，包括传送机械、起动机、升降机、风机等，其机械特性对于实现各种功能起着关键作用。
结论直流电动机的机械特性是其性能的重要指标，了解并掌握电机的特性对于工程设计、运行维护等都有着重要的意义。
通过本文的介绍，相信读者对直流电动机的机械特性有了更深入的了解。
直流电机原理及其转动特性分析
直流电机原理及其转动特性分析直流电机是一种常见而重要的电动机类型，广泛应用于工业生产、家庭设备以及交通工具等领域。
本文将从直流电机的工作原理和转动特性两个方面进行详细的分析。
一、直流电机的工作原理直流电机是利用电磁感应原理和洛伦兹力原理来实现电能转换为机械能的装置。
它由定子和转子两部分组成。
定子是由一组定子绕组和磁极组成，绕组通电产生磁场。
转子是由永磁体或可电磁激磁体组成，受到磁场力作用而旋转。
在工作时，施加在直流电机的电源上直流电流，经过定子绕组产生一个旋转的磁场。
根据洛伦兹力原理，当转子处于磁场中时，由于磁场和电流方向的交叉作用，转子上会受到一个力矩的作用。
这个力矩使得转子开始旋转。
同时，转子上产生的感应电动势作用于绕组，产生感应电流，这个感应电流也会在磁场中产生一个力矩，使得转子继续旋转。
直流电机通过定子绕组的电流和转子上的磁场之间的相互作用，实现了电能到机械能的有效转换。
这一工作原理为直流电机的转动特性奠定了基础。
二、直流电机的转动特性分析1. 转速特性直流电机的转速与供电电压和负载有关，根据直流电机的特性曲线可以得知，当负载较小时，转速与供电电压成正比。
而当负载增加时，转速则会下降。
这是因为，在负载增大时，电机内部的反电动势增加，抵消了供电电压的作用，导致转速下降。
2. 转矩特性直流电机的转矩与电流成正比，转矩与转速成反比。
当电机负载增大时，为了保持一定的转速，电机需要输出更大的转矩。
因此，调节电机的电流可以实现对转矩的控制。
3. 效率特性直流电机的效率是指电能转换为机械能的比例，即功率输出与功率输入比值。
根据直流电机的特性曲线可以得知，当电机负载较小时，电机的效率较高。
而当电机负载增加时，电机的效率会下降，因为更多的能量被转化为热量。
4. 起动特性直流电机在启动前需要克服静摩擦力和动摩擦力的阻力。
根据电机的起动曲线可以得知，当启动电流较大时，电机能够迅速克服阻力实现起动。
而当启动电流较小时，电机的起动时间会延长。
常用电动机的性能特点
采 用单相 电源或 低压直 流电源 供电。
特点
结 构简单 、体积 小、质 量小、 价格低 、震动 和噪声 小、安 全性好 。
任务一 动力源 二、常用电动机性能特点
工 作 原 理 、结 构、性 能、作 用、使 用条件 和运动 方式与 常规电 机不同 ，以及 体积， 输出功 率很大 或很小 的电动 机都属 于微特 电机。
特性
缺 点是运 行时从 电网吸 收无功 励磁功 率，使 电网的 功率因 数降低
任务一 动力源 二、常用电动机性能特点
小 功 率 电 动机 是指电 动机转 速折算 在1500r/min时 ， 最大 连续功 率不超 过1.1kw的 电 动 机。
4.小功率电动机
主 要用于 专用用 途或特 殊用途 的机电 设备上 。 电 动机适 宜自动 化和大 批量生 产。
任务一 动力源 二、常用电动机性能特点
1.直流电动机
直 流电动 机范围 大，速 度变化 较平滑 ，可以 做到精 确调速 ，而且 调速方 法比较 简单， 具有优 良的调 速性能 。
直 流电动 机过载 能力大 ，可承 受频繁 的冲击 负载， 能实现 频繁的 无级快 速起动 、制动 和反转 ，以满 足 生产过 程中各 种不同 的特殊 运行要 求。
同步电动机同步电动机是一种交流电动机其转速与旋转磁场的转速同步即转子转速n与电网频率f之间有恒定的比例关系n60fpp为电动机的极对转速恒定功率因数可调功率高运行稳定性高性能特点二常用电动机性能特点任务一动力源异步电动机也是一种交流电动机其转子转速与旋转磁场的转速不同步存在着转差即这种电动机负载时的转速与所接电网频率之比不是恒定关系
适合于调速范围宽且需要精确调速 的场合，以及对运行有特殊要求的 自动控制系统。但因直流电动机有 机械换向器，需要经常维护，在不 允许中断工作或维修环境恶劣的地 方不宜使用。又由于电刷和换向器 之间会产生火花，在易燃易爆或高 粉尘、高腐蚀的环境中，直流电动 机的使用受到限制。
电机外特性
电机外特性电机是机械工程中应用最广泛的机械设备，它的外特性对机械工程设计具有重要意义。
电机外特性可以简单地理解为电机的物理特性，其中包括电机的力学特性、机械结构特性和电性能特性。
电机外特性的理解和研究对工程设计具有重要意义。
1.电机力学特性电动机力学特性是电机外特性中最重要的一部分，它包括转矩和转动惯量等因素。
电机的转矩是指电机内部转动惯量所产生的力，它表示电机的功率和动力性能。
电机的转动惯量定义为当转子的旋转角度改变一定数量时所需的力，它是电机的力学性能的一个重要指标。
2．机械结构特性电机的机械结构特性包括外壳结构形状、内部部件的排列、安装尺寸和安装方式等因素。
这些特性主要影响电机的安装、操作、性能和维护保养等。
电机外壳结构形状通常决定电机的外形大小，内部部件排列则影响电机的性能和质量；安装尺寸和安装方式也是电机性能的重要因素。
3．电性能特性电性能特性是指电机在电压、电流、功率等因素条件下表现出的各种电气特性。
这种特性包括电机的电容量、磁滞特性、电阻特性、电感特性等，它们决定着电机在负载情况下的性能特征和可靠性。
电机外特性是电机性能及其结构形式的重要反映，具体表现为电机力学特性、机械结构特性和电性能特性。
电机外特性的研究对机械工程设计具有重要意义，可以为机械设备的操作、性能和维护保养提供可靠的参考依据。
因此，电机外特性的研究已经成为现代机械设计的重要研究课题。
电机外特性的研究主要采用实验方法，其研究过程包括准备、实施和分析三个步骤。
首先，根据电机的参数要求，准备电机的实验设备；其次，通过连接机械装置、实验仪器以及计算机系统实施实验；最后，通过数据处理和数据分析得出电机外特性的实验结果。
此外，电机外特性的研究还可以采用理论分析方法，如利用动力学仿真和计算流体动力学等理论模型，以便深入理解电机外特性的数值特性及其影响因素。
总之，电机外特性的研究是机械工程设计的重要内容，它的研究和理解对电机的研发和新产品的设计开发都具有重要意义。
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∙软启动是相对于硬启动的概念，在工程中最常用的就是三相异步电机，在民用和工业工程电动设备中，由于其电机启动特性，这些电动机直接连接供电系统（硬启动），
会导致较大的冲击电流和峰值转矩，不利于机械装置的良好运转。
软启动则是平滑的启
动运行，电压由零慢慢提升到额定电压，使电机启动的全过程都不存在冲击转矩。
目录
∙软启动的特性
∙软启动的原理
∙软启动与其他降压启动性能比较
∙软启动的起停方式
∙软启动的应用
∙软启动的发展趋势
软启动的特性
异步电机启动性能主要有两个指标，启动电流倍数和启动转矩倍数，软启动器是就是在启动时通过改变加在电机上的电源电压，以减小启动电流、启动转矩。
电动机传统启动方式有自耦减压、Y/△减压等方式，其共同特点是控制线路简单，启动转矩不可调并有二次冲击电流，对负载有冲击转矩。
软启动可以有效地降低电动机的启动电流，其启动电流仅为标准电机硬启动电流的50%，是高效电动机硬启动电流的20%（见图1）。
软启动的限流特性可有效限制浪涌电流，避免不必要的冲击力矩以及对配电网络的电流冲击，有效地减少线路刀闸和接触器的误触发动作；对频繁启停的电动机，可有效控制电动机的温升，大大延长电动机的寿命。
软启动的原理
目前应用较为广泛、工程中常见软启动器时晶闸管（SCR）软启动。
晶闸管软启动原理：在三相电源与电机间串入三相联晶闸管，利用晶闸管移相控制原理（见图2），改变晶闸管的触发角，启动时电机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐上升，就可调节晶闸管调压电路的输出电压，电机转速逐渐增大，直至达到满足启动转矩的要求而结束启动过程；软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作；此时旁路接触器接通（避免电机在运行中对电网形成谐波污染，延长晶闸管寿命），电机进入稳态运行状态；停车时先切断旁路接触器，然后由软启动器内晶闸管导通角由大逐渐减小，使三相供电电压逐渐减小，电机转速由大逐渐减小到零，停车过程完成。
软启动与其他降压启动性能比较
软启动的起停方式
软启动通常利用其特性，采用如下四种起停方式：
1. 电压斜坡软启动：启动电机时，软启动器的电压快速升至U1，然后在设定时间t 内逐渐上升，电机随着电压上升不断加速，达到额定电压和额定转速时，启动过程完成。
2. 限流启动：启动电机时，软启动器的输出电压迅速增加，直到输出电流达到限定值，保持输出电流不大于该值，电压逐步升高，使电动机加速，当达到额定电压、额定转速时，输出电流迅速下降至额定电流，启动过程完成。
该方式用于某些需快速启动的负载电机。
3. 斜坡限流启动：启动电机时，输出电压在设定时间内平稳上升，同时输出电流以一定的速率增加，当启动电流增至限定值Im 时，保持电流恒定，直至启动完成。
该方式适用于泵类及风机类负载电机。
4. 软停车：在该方式下停止电机时，电机的输出电压由额定电压在设定的软停时间内逐步降低至零，停车过程完成；常用于水泵负载，它成功地解决了传统停车过程中的“水锤”现象（即瞬间停机引起流体原来状态的剧烈变化，造成流体对管道的冲击）。
软启动的应用
按电机的负载和速度变化分类，软启动常用于：
负载变化较大且不允许速度变化的设备：如港口皮带输送机、煤矿皮带输送机、水泥皮带传送设备、电动扶梯、不带变频器的升降电梯、轧钢设备、各类工业输送机械等
变负载设备：如中央空调主机、六角机床、碾磨机、研磨机、成形机、冲床、抛光机、悬垂机、压机、切削机、压缩机、油井抽油机、电动衣车、食品搅拌机、塑胶开炼机/密炼机、注塑机、锻机、板机混凝土成型机、橡胶成型机、化工工业设备、农用设备、纺织机械、造纸设备、工业机械、食品及其它重工业机械。
利用软启动特性设备简介如下：
空气压缩机－大容量电动机轻载时进入节能运行状态；当输入电源电压不平衡时，可以自动调节使相电流平衡，减少电动机发热和延长寿命。
离心泵－利用泵控制功能，减少启动和停止时液流冲击所产生地系统喘振现象，节省系统维修费用。
桥式起重机－利用双斜坡起动，实现加速过程最有效控制，提高生产率并减少产品的损坏。
皮带运输机和自动传输线－利用软启动和预置低速运行，实现平滑起动，避免产品移位和液体溢出。
通风机－利用软启动取代旧的机电启动器，减少皮带磨损和机械冲击，节省维修费用。
粉碎机械－利用堵转和失速保护，避免机械故障或阻塞造成电动机过热而烧毁。
切碎机－利用软启动取代自耦降压起动，有助于减少对电网的冲击和节约能源。
搅拌机－利用双斜坡起动和预置提速运行，避免机械故障，节约能源，不需要变频器驱动。
软启动的发展趋势
电动机软起动技术在不断发展，随着电力电子器件和技术的发展，电动机的软起动有几个值得重视的分支：磁控软起动、晶闸管软起动(SCR)、液阻软起动；其中以晶闸管（SCR）软起动应用最为广泛。
晶闸管软启动器自20 世纪80 年代由国外进入国内后，随着该产品国产化率提高、产品质量稳定，现逐步进入全面应用阶段。
目前国内厂商着手中高压电动机软启动器研制、开发、推广。
为便于控制，软启动器和开关及控制电路可以设计一个完整的电机控制中心以实现对电机的综合控制及故障记录报警，可实现控制集成化；软启动器与可编程序控制器（PLC）组合后，使控制系统的设计更为方便灵活及可靠，可实现控制的数字化；与计算机网络技术相结合可实现控制的智能化和网络化。