直流电机的机械特性

根据固有机械特性估算数据
故得
Ra
(0.5 ~
0.75)(1
PN ) UN UNIN IN
求KeΦN：额定运行条件下的反电势
EN＝KeΦNnN=UN-INRa，
故 KeΦN＝(UN-INRa)/nN
求理想空载转速：n0＝UN/(KeΦN)
求额定转矩：
TN
PN
9.55 PN nN
TN是电动机轴上的输出转矩，
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n 时 人U为N机械特性R方a 程式T： Ke KeKt2
特点
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Φ只能在低 于其额定值ΦN的范围内调节。
所以，随着磁通Φ的降低，理想空载转速n0 和转速降Δn都要增大。
当n＝0时， I＝Ist＝U/Ra，（U=E+IaRa，且E=KeΦn）
特性曲线图
因为，当n＝0时， I＝Ist＝U/Ra＝常数，
所以，Tst＝KtΦIst 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。
并绘出上述特性的图形。
题解
解: （1）E＝keΦN nN ，
n n0
nN
Δn
用β来衡量机械特性的平直度
β值越大直线越平，
特性越硬
o
ΔT T
TN
续
根据值的不同，将电动机机械特性分为三类： 绝对硬特性（ β →∞）：如交流同步电动机的 机械特性。 硬特性（ β >10）：如直流他励电动机的机械特 性，交流异步电动机机械特性的上半部。 软特性（ β <10）：如直流串励电动机和直流积 复励电动机的机械特性。
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
KeN KeKtN2
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。
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，习题3.10：一台他励直流电动机的技术数据 如下：PN=6.5kW，UN=220V，IN=34.4A，
nN=1500r/min， Ra=0.242Ω，试计算出此电动机的如下特性： ① 固有机械特性； ② 电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性； ③ 电枢电压为UN/2时的人为机械特性； ④ 磁通Φ＝0.8 ΦN时的认为机械特性。
3.4.5 人为机械特性
固有机械特性： n UN Ra T KeN KeKtN2
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）
1. 串联电阻时的人为机械特性
此时增加了Rad：U＝UN，Φ＝ΦN，R＝Ra＋ Rad
可获得他励直流电动机机械特性方程式：
n
U Ke
Ra KeKt2
T
n0
n
n0为理想空载转矩，由于电动机总是存在空 载制动转矩，靠电动机本身是不可能使其转 动速度上升到n0的，因此，称之为“理想”
3.4.2 机械特性图
3.机械特性图（右图） 引入机械特性硬度：
β= dT/dn =(ΔT/Δn)·100% = 1/斜率
2. 改变电压时的人为机械特性
此时电枢不串联电阻 (Rad=0), Φ＝ΦN ，
电枢电压 U ≠UN 。
改变电压时的人为机械特性方程式为:
n
U KeN
Ra KeKtN2
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
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 ΔP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
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
电 为枢 ：n串联K电Ue阻NNRad时KR，eaK人tR为Na机d2 械T 特 n性0的方n程式
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Байду номын сангаас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
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)
注意
励磁电流If减小的时候，磁通Φ也减小， 当Φ＝0时，根据机械特性方程式可知转速n 趋于∞。虽然实际上If (励磁电流) ＝0时，电 动机尚有剩磁，Φ≠0，n虽不是∞，但也会 发生飞车现象。
所以，在运转过程中，决不允许If＝0 （电路断开或Rf太大），一般直流他励电动 机在使用过程中设有“失磁”保护。