电力拖动与控制
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一、机械特性方程式 二、固有机械特性 三、人为机械特性 四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
定义：
在U、If、Ra为常数的条件下， n 的f (关T )
系曲线定义为机械特性。
第一节 他励直流电动机的机械特性
一、机械特征方程式
电枢电路电压平衡方程： U Ea RIa
T
第一节 他励直流电动机的机械特性
(2)改变电枢电压的人为机械特性
1) 理想空载转速n0与U成正比变化。 2) 转速降Δn不变，此时Δn等于额定转速降ΔnN，或者 说β不变，各条特性均与固有特性相平行。
n
U
Ce N
Ra
CeCT
N
2
T
第一节 他励直流电动机的机械特性
(3)改变磁通的人为机械特性
减小气隙每极磁
U
N
IN
I
2 N
PN
上式是一个经验公式，认为在额定负载下，电枢铜损耗
占电动机总损耗的1/2～2/3。
求出电枢电阻Ra，然后将 Ra 值代入)求出 CeN 。再将 CeN
带入，求出理想空载转速 n0 ，这样，理想空载点(0、n0)即
可确定。
对于额定工作点，由式 CTN 9.55CeN
知 TN CTN IN
通量 的方法是通
过减小励磁电流
If
n
UN
Ce
Ra
CeCT 2
T
图2-6 减弱磁通时的原理图和机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
1) 理想空载转速n0与Φ成 反比变化，因此减弱磁
通会使n0升高。 2) 特性的斜率β(或Δn)与 Φ2成反比，因此减弱磁 通会使斜率β(或Δn)加大， 特性变软。
3) 特性曲线是一簇直线， 既不平行，又非放射。
数在电动机铭牌上更是不会标出的。
在设计时，往往根据电动机铭牌数据、产品
目录或实测数据来计算机械特性。对计算有用的数
据一般是 PN、UN、IN和nN。下面介绍固有机械特
性与人为机械特性的计算机绘制方法。
第一节 他励直流电动机的机械特性
1. 固有机械特性的计算与绘制 直流他励电动机的固有机械特性可以方便地
计算方法相同。根据串联电阻 RC 的数值，假定一个转矩T值(一
般用 TN)，用式求出 n 值，这样得出人为机械特性上的一
点 TN , n ，连接这点与理想空载点，即得电枢串联电阻的人
为机械特性。 用类似的方法，可绘出改变电压U及减弱磁通Φ时的人为
当电枢上加额定电 压、气隙每极磁通为 额定磁通、电枢回路 不串任何电阻，固有 机械特性方程式为：
n UN Ce N
Ra CeCT N
2
T
图2-3 他励直流电动机的固有特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
三.人为机械特性
(1)电枢回路串电阻的人为机械特性
n
UN
Ce N
Ra RC
CeCT N 2
电枢感应电动势：Ea Ce n
电机转速特征方程： n U RIa
电磁转矩：T CT Ia
Ce
T
因为 Ia CT
U
R
电机机械特征方程：
n
Ce
CeCT 2 T
第一节 他励直流电动机的机械特性
由
得
n
U Ce
R CeCT
2
T
n n0 T n n0 n
pN Ce 60 a
CT
pN
2a
第一节 他励直流电动机的机械特性
2.堵转点
图2-2的B点即为堵转点。 在B点，n=0，因而Ea=0。由于U=Ea+Ia (Ra+RC)， 所以电枢电流Ia=U/(Ra+RC)=Ik，称为堵 转电流， 与Ik相对应的电磁转矩 Tk=CTΦIk称为堵转转矩。
第一节 他励直流电动机的机械特性
二、固有机械特性
按上式求出额定转矩，额定工作点( TN、nN)即可确定。 有了额定工作点和理想空载点，就可以绘出固有机械特性。
第一节 他励直流电动机的机械特性
2. 人为机械特性的计算与绘制
各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值
代入相应的人为机械特性方程式即可。例如，电枢串联电阻 RC
的人为机械特性可用式求得，式中 UN为已知，CTN 与 CeN 的
第二章 直流电动机的电力拖动
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
他励直流电动机的机械特性 电力拖动系统稳定运行的条件 他励直流电动机的起动 他励直流电动机的制动 直流电动机电力拖动系统的动态特性 他励直流电动机的调速 串励直流电动机的电力拖动 复励直流电动机的机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
第二章 直流电动机的电力拖动
在现代工业生产过程中，为了实现各种生产 工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。而拖 动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动 和电力拖动方式。由于电力拖动具有控制简单、 调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制 和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械 均采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力 拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动 系统两大类。本章重点介绍直流电动机的电力拖 动。
9.55
Ce
第一节 他励直流电动机的机械特性
1.理想空载点
图2-2中的A点即为理想 空载点。
在A点：T=0，Ia=0，电 枢压降Ia(Ra+RC)=0，电 枢电动势Ea=U，电动机 的转速n=n0=U/(CeΦ)。
图2-2 他励电动机的机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
1.理想空载点
理想空载转速和实际空载 转速是不同的。由电机学 我们知道：T=T2+T0，电动 机在实际的空载状态下运 行时，虽然轴输出转矩 T2=0，但由于空载转矩T0 不为零，使得电动机的电 磁转矩T≠0，所以实际空载 图2-2 他励电动机的机械特性 转速n0′为n0′= n0-βT0
图2-6 减弱磁通时的原理图和 机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性
为了绘制这一机械特性，不论是固有机械特性，
还是人为机械特性，只要知道两点就可以了。为此
需要知道电动机的参数，例如
CeΦ及C等TΦ。而这
些参数又和电动机绕组结构参数P、、N等有关，
要把所有的参数都查清楚不太容易，特别是这些参
由理想空载点(0、n0 )和额定工作点( TN、nN)决定。
由固有机械特性方程，理想空载转速
n0
UN
Ce N
式中额定电压可由电动机的铭牌数据取得。
而 CeN 可由额定状态下电枢回路的电压平衡方程
式求出，即
Ce N
EN nN
UN
IN Ra nN
第一节 他励直流电动机的机械特性
Ra
Hale Waihona Puke Baidu
1 2
~
2 3
第一节 他励直流电动机的机械特性
定义：
在U、If、Ra为常数的条件下， n 的f (关T )
系曲线定义为机械特性。
第一节 他励直流电动机的机械特性
一、机械特征方程式
电枢电路电压平衡方程： U Ea RIa
T
第一节 他励直流电动机的机械特性
(2)改变电枢电压的人为机械特性
1) 理想空载转速n0与U成正比变化。 2) 转速降Δn不变，此时Δn等于额定转速降ΔnN，或者 说β不变，各条特性均与固有特性相平行。
n
U
Ce N
Ra
CeCT
N
2
T
第一节 他励直流电动机的机械特性
(3)改变磁通的人为机械特性
减小气隙每极磁
U
N
IN
I
2 N
PN
上式是一个经验公式，认为在额定负载下，电枢铜损耗
占电动机总损耗的1/2～2/3。
求出电枢电阻Ra，然后将 Ra 值代入)求出 CeN 。再将 CeN
带入，求出理想空载转速 n0 ，这样，理想空载点(0、n0)即
可确定。
对于额定工作点，由式 CTN 9.55CeN
知 TN CTN IN
通量 的方法是通
过减小励磁电流
If
n
UN
Ce
Ra
CeCT 2
T
图2-6 减弱磁通时的原理图和机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
1) 理想空载转速n0与Φ成 反比变化，因此减弱磁
通会使n0升高。 2) 特性的斜率β(或Δn)与 Φ2成反比，因此减弱磁 通会使斜率β(或Δn)加大， 特性变软。
3) 特性曲线是一簇直线， 既不平行，又非放射。
数在电动机铭牌上更是不会标出的。
在设计时，往往根据电动机铭牌数据、产品
目录或实测数据来计算机械特性。对计算有用的数
据一般是 PN、UN、IN和nN。下面介绍固有机械特
性与人为机械特性的计算机绘制方法。
第一节 他励直流电动机的机械特性
1. 固有机械特性的计算与绘制 直流他励电动机的固有机械特性可以方便地
计算方法相同。根据串联电阻 RC 的数值，假定一个转矩T值(一
般用 TN)，用式求出 n 值，这样得出人为机械特性上的一
点 TN , n ，连接这点与理想空载点，即得电枢串联电阻的人
为机械特性。 用类似的方法，可绘出改变电压U及减弱磁通Φ时的人为
当电枢上加额定电 压、气隙每极磁通为 额定磁通、电枢回路 不串任何电阻，固有 机械特性方程式为：
n UN Ce N
Ra CeCT N
2
T
图2-3 他励直流电动机的固有特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
三.人为机械特性
(1)电枢回路串电阻的人为机械特性
n
UN
Ce N
Ra RC
CeCT N 2
电枢感应电动势：Ea Ce n
电机转速特征方程： n U RIa
电磁转矩：T CT Ia
Ce
T
因为 Ia CT
U
R
电机机械特征方程：
n
Ce
CeCT 2 T
第一节 他励直流电动机的机械特性
由
得
n
U Ce
R CeCT
2
T
n n0 T n n0 n
pN Ce 60 a
CT
pN
2a
第一节 他励直流电动机的机械特性
2.堵转点
图2-2的B点即为堵转点。 在B点，n=0，因而Ea=0。由于U=Ea+Ia (Ra+RC)， 所以电枢电流Ia=U/(Ra+RC)=Ik，称为堵 转电流， 与Ik相对应的电磁转矩 Tk=CTΦIk称为堵转转矩。
第一节 他励直流电动机的机械特性
二、固有机械特性
按上式求出额定转矩，额定工作点( TN、nN)即可确定。 有了额定工作点和理想空载点，就可以绘出固有机械特性。
第一节 他励直流电动机的机械特性
2. 人为机械特性的计算与绘制
各种人为机械特性的计算较为简单，只要把相应的参数值
代入相应的人为机械特性方程式即可。例如，电枢串联电阻 RC
的人为机械特性可用式求得，式中 UN为已知，CTN 与 CeN 的
第二章 直流电动机的电力拖动
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
他励直流电动机的机械特性 电力拖动系统稳定运行的条件 他励直流电动机的起动 他励直流电动机的制动 直流电动机电力拖动系统的动态特性 他励直流电动机的调速 串励直流电动机的电力拖动 复励直流电动机的机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
第二章 直流电动机的电力拖动
在现代工业生产过程中，为了实现各种生产 工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。而拖 动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动 和电力拖动方式。由于电力拖动具有控制简单、 调节性能好、损耗小、经济、能实现远距离控制 和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械 均采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力 拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动 系统两大类。本章重点介绍直流电动机的电力拖 动。
9.55
Ce
第一节 他励直流电动机的机械特性
1.理想空载点
图2-2中的A点即为理想 空载点。
在A点：T=0，Ia=0，电 枢压降Ia(Ra+RC)=0，电 枢电动势Ea=U，电动机 的转速n=n0=U/(CeΦ)。
图2-2 他励电动机的机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
1.理想空载点
理想空载转速和实际空载 转速是不同的。由电机学 我们知道：T=T2+T0，电动 机在实际的空载状态下运 行时，虽然轴输出转矩 T2=0，但由于空载转矩T0 不为零，使得电动机的电 磁转矩T≠0，所以实际空载 图2-2 他励电动机的机械特性 转速n0′为n0′= n0-βT0
图2-6 减弱磁通时的原理图和 机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制机械特性
为了绘制这一机械特性，不论是固有机械特性，
还是人为机械特性，只要知道两点就可以了。为此
需要知道电动机的参数，例如
CeΦ及C等TΦ。而这
些参数又和电动机绕组结构参数P、、N等有关，
要把所有的参数都查清楚不太容易，特别是这些参
由理想空载点(0、n0 )和额定工作点( TN、nN)决定。
由固有机械特性方程，理想空载转速
n0
UN
Ce N
式中额定电压可由电动机的铭牌数据取得。
而 CeN 可由额定状态下电枢回路的电压平衡方程
式求出，即
Ce N
EN nN
UN
IN Ra nN
第一节 他励直流电动机的机械特性
Ra
Hale Waihona Puke Baidu
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