他励直流电机的机械特性
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
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。
他励直流电动机机械特性回馈制动(精)
调节直流电动机M的额定值（三个条件互相制约， 同时满足。） 1、额定电流IN 2、额定励磁电流IfN 3、额定转速nN
二、 实验目的
了解和测定他励直流电动机在R2＝0时电动 及回馈制动状态下的机械特性
三、所需实验设备
由于所列实验 设备在直流并 励电动机实验 中均已做过详 细介绍，不再 赘述。
重复步骤5之后，再顺时针调节“电枢电源”电压 旋钮，使电压增加至220V；
7、减小启动电阻R2至0；
8、减小电阻R3，使A3的读数为100mA；
9、调节电动机M的磁场（增大）电阻 R1的阻值 和电机MG的负载电阻R4（减小）的阻值,使电动 机M的转速n=nN＝1500r/min的同时，兼顾电机M 的IN=If+Ia=1.25A，记录If的值，这时的If即为IfN；
直流他励电动机机械特性
R2＝0时电动及回馈制动状态下的机械特性
刘兴华
一、 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 械特性又是和回馈制动特性
14、把开关S2合向电枢电源侧，即1’端；
1值值5， ，、使 直保I到持a =转电0，速枢并约电记为源录1电9此0压0时2r/2m的0iVnI，a，和记Inf，录=I继f电N，续动增增机大大由RR理33阻阻想 空载到1900r/min时的电枢电流Ia和转速n 8-9组；
16 、停机（逆时针调节“电枢电源”电压旋钮， 使电压减小至停0，然后将“电枢电源”开关置 “关”一侧，再将“励磁电源”开关置“关”一 侧，按下红色“关”按键），并将开关S2合向至2’ 端。
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。
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
他励直流电机的机械特性
他励直流电机的固有机械特性
转速特性：他励直流电动机的转速特性整理后得到 2N
T e S a N e N C C R R C U n Φ+-Φ=
（3-1）
图3-2 直流电机的工作原理图
忽略电枢反应的去磁效应，转速与负载电流按照线性关系变化，负载电流增加时，转速会下降。
转矩特性：当N U U =,fN I I =时，)(a em I f T =的关系叫转矩特性。
根据直流电机电磁转矩的公式
a N T em I C T Φ=
（3-2）
由此公式得出，忽略电枢反应情况下电磁转矩与电枢电流成正比，考虑电枢反应主磁通的下降，电磁转矩上升的速度比电流上升的速度要慢一些，曲线的斜率也会有下降。
效率特性 ：当N U U =,N I I f =时，)(a I f =η的关系较效率特性。
a
N a a I U I R P P P P P P 2021211+-=∑+∑-==η (3-3)
空载损耗
P是不随负载变化的，负载电流较小时效率较低，输入的功
率大部分消耗在空载损耗上；负载电流增大效率也会增大，输入的功率大部分消耗在机械的负载上，但当负载电流增大到一定的时候铜损快速增大，此时的效率开始变小。
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
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。
他励直流电动机的机械特性曲线的分析
浅析：他励直流电动机的机械特性在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。
利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。
可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。
下图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。
由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 )他励直流电动机电路原理图当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通F ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。
特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。
他励直流电动机的机械特性a a a R I E U+=n E a Φe C =φa T em I C T =emT R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φe 0C U n =实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩，而电动机的实际空载转速 将低于n0。
由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。
β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称b 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”。
机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N%来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。
电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。
他励直流电动机特性实验报告
实验报告他励直流电动机的机械特性一、实验原理1、当在他励直流电动机上加上一定电压U和一定的励磁电流时，电磁转矩与转速之间将呈现的关系。
而励磁电压，励磁转矩T=。
可得。
这便是直流他励电动机机械特性的一般表达式。
实验中可以先不串电阻R，测量出励磁电流和相应转速n的一系列对应值，作图得出的空载转矩，并得出和的值。
串入R后得出T的另外对应值，作图得出的他励直流电动机的机械特性曲线2、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
3、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。
4、熟悉他励电动机的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
5、掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。
二、实验注意事项1、实验时，人体不可接触带电线路。
2、接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3、学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4、电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5、总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。
6、在做直流电动机实验时，要注意开/关机顺序先开“直流电机励磁电源”，后开“可调直流稳压电源”先关“可调直流稳压电源”，后关“直流电机励磁电源”三、实验安全要求1、实验时，人体不可接触带电线路。
2、接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3、学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4、电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5、总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。
2.3他励直流电动机的机械特性
β 越大，∆n 越大，机械特 性就越“软”，β 越小， ∆n 越
式中 β ——机械特性曲线的斜率。
小，机械特性就越“硬”。 一般他励直流电动机的电枢 没有外接电阻，Ra 比较小， β 也比较小，则机械特性就比较 “硬”。
2.3.2 固有机械特性和人为机械特性
电动机的机械特性可分为固有机械特性和人为机械特性 1．固有机械特性 固有机械特性是指当电动机的电 枢工作电压和励磁磁通均为额定值、 电枢回路中没有串入附加电阻时的 机械特性，其方程式为； U Ra （2-7） n= N − Tem 2 CeΦ N CeCTΦ N 固有机械特性曲线如图2.13所 示，由于 Ra 较小，则 ∆ n 也较小， 所以他励直流电动机的固有机械特 性是比较“硬”的。
2.3 他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、 励磁电流、电枢回路总电阻为恒值时，电动机在稳定运 Tem 行状态下，电动机的转速n与电磁转矩 之间的关系， n = f ( T em ，或者说电动机的转速n 与电枢电流 ) 即 Ia n = f (，后者也就是转速调整特性。由于转 Ia ) 的关系 速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特性。利用机 械特性和负载转矩特性，可以确定电动机在拖动系统的 稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方 程式来分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及 电流随时间的变化规律，而且电动机的机械特性对分析 电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能也是十分 重要的。
Ra T 2 em Ce CTΦ N
（3）改变磁通时的人为机械特性 可以在励磁回路中串接上电 阻 R pf ，或降低励磁电压 U f 来减弱 磁通，保持 U = U N ， pa = 0 时， R 减弱磁通的人为特性方程式为； UN Ra n= − T 2 em CeΦ CeCTΦ （2-10） 由于磁通Φ 的减少，使得理 想空载转速 n0 和机械特性斜率β 都增大，其特性曲线如图2.15所 图示。电机的磁通设计在磁化曲 线的膝点，接近饱和点，因此一 般采用减弱磁通方法，可见，当 负载转矩不变时，减弱磁通方法 也可用于他励直流电动机调速。
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
他励直流电动机的机械特性
减小，β 增大，n0增大
线
反之称为软
图
特性
1、他励电动机的固有机械特性
U=UN、Φ=ΦN， Rpa=0的机械特性称固有机械特性
n UN CeΦN
Ra CeCT ΦN2
恒转矩负载
不
特性在A点 的斜率：
系统 电压
稳 定
dn/dTL=∞, 则dTL/dn=0
波动 机特
运 行
下斜的机械特性在
上翘的机械特性在
A点其dn/dT<0,则 dT/dn<0，在A点满 足dT/dn<dTL/dn
A点其dn/dT>0,则 dT/dn>0，在A点不 满足dT/dn<dTL/dn
结论：下斜的机械特性与恒转矩负载配合, 系统能够稳定运行; 上翘的机械特性与恒转矩负载配合, 系统不能稳定运行。
斜率β越小， 下斜的机械特性在A点其dn/dT<0,则dT/dn<0，在A点满足dT/dn<dTL/dn
机 斜率β越小，特性越平，称为硬特性。
特性越平， 电力拖动系统的稳定运行，是指在某种外界因素(如电网电压波动或负载的微小变化)的扰动下，系统离开原来的平衡状态，达到新的平衡状态；
的 机械特 (3)改变磁通的人为机械特性
《电机与辅助控制系统》课程
知识点 他励直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性就是指在稳定运行情 况下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即
n=f(T)。机械特性是电动机的主要特性，是分析
电动机起动、调速、制动等问题的重要工具。下 面以他励直流电动机为例讨论机械特性。
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。
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电磁功率PM：
T
pz
2a
I
a
2n
60
pz 60a
nI
a
Ea I a
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
P1 P2 p
功率流程图！
4
直流电动机运行原理
直流电机的可逆性原理
Ea U : 发电机， T、n方向相反
Ea U : Ia=0 Ea U : 电动机，
T、n方向相同
5
他励直流电动机稳态运行的基本方程式
S S
从电路、力学和能量守恒 等方面可以得到电动机的 三个稳态的平衡方程。
+ U RL
-
N
n
T
I与a例发比电较机E？a惯
T0
发电机惯例 T1
U Ea Ia Ra Ia RL Ia
Ea
T0
S
励磁回路：
T1
U f I f rf f (I f , Ia )
原动机
2、转矩平衡关系式： 稳态：T1 T T0 2
功率关系：
T1 T T0
P1 PM p0 p0 pm pFe
UIa EaIa Ia2Ra PM pcu P2
0
Ce N
4、计算TN（≠,>T2N）TN CTN I N 9.55CeN I N
16
知识回顾 Knowledge
Review
祝您成功！
U=常数，If=常数, n=f(T)
Ea Cen U Ia (Ra R)
T
CTIa ; Ia
T
Ct
n T U Ia (Ra R)
U
Ra R
Ce
Ce
CeCT 2
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
U
N
n
T
Ia
Ea
T0 TL
电动机惯例
原动机 反电势 6
一、电压平衡关系式：
电枢回路：
U
U Ea Ia Ra
Ea Cen T CtIa
励磁回路：
N
n
T
Ia
Ea
T0 TL
S
U f I f rf f (I f , Ia )
二、转矩平衡关系式：
T T2 T0 TL
稳态时，电压一
定，负载确定电机的
Ra
CeCT 2
特点：
理想空载转速提高， 升速
特性变软
既不平行，又不是放 射线
15
根据电机的铭牌数据估算机械特性
求 (n0 ,0)、(nN, TN)
1、估算EaN或实测Ra 2、计算CeN
EaN U N I N Ra
(0.93 ~ 0.97)U N
C e N
EaN nN
3、求n0
n UN
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
• 机械特性的斜率，硬特性 与软特性
• 额定转速降
nN n0 nN TN
• 起动转矩与起动电流: 大
Ea
CeN n 0; Ia
UN Ra
IS
• 工作在第І 、Ⅳ、Ⅱ 象限
12
人为机械特性（人工机械特性）
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
效率： P2 P2
P1 P2 p
8
直流电动机的工作特性
1、电枢回路串电阻
n T U N CeN
Ra R
CeCTN 2
特点：
理想空载转速不变
电阻越大，特性越软
一组射线
Δn∝β∝ (Ra+R) ，
（TL一定）
13
2、改变电枢电压
n T U CeN
Ra
CeCTN 2
特点：
理想空载转速正比于 电压
斜率不变，硬特性 一组平行线
14
3、减少气隙磁通
n T U N Ce
直流发电机
直流发电机稳态运行时的基本方程式
以电路、力学、能量守恒的基本定律为基础，建立 直流电机电压、转矩、功率三个平衡方程（稳态）。
+ 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为常数， If为常数时 n、T、与Ia的关系
一、转速特性：
n n与Ia的关系
U I a Ra
Ce
二、转矩特性效率特性：
与Ia的关系 效率： P2 P2
P1 P2 p
p pcu pm pFe ps
9
他励直流电动机的机械特性
机械特性的一般表达式：