他励直流电动机的机械特性(4.20)

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1、3.2直流电动机的机械特性机械特性：电动机最重要的运行特性是机械特性，它是指电动机的转速n与转矩M的关系n=f(M)。机械特性中的转矩M是电磁转矩，它与电动机轴上的输出转矩Md差一个空载转矩M0电动机运行时，M＝Md＋M0一、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1）2.他励直流电动机的参数关系电磁转矩:M＝CMΦIa(1)感应电动势:Ea＝CeΦn(2)电枢电路电动势平衡方程式:U＝Ea＋IaR(3)由(2)(3)得转速特性:n＝(U-IaRa)/(KeΦ)并考虑到Ia＝T/(KtΦ)可获得他励直流电动机机

2、械特性方程式：转速降落，值越大，机械特性就越“软”图1他励直流电动机电路原理图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”二、机械特性图3.机械特性图（右图）引入机械特性硬度：β=dM/dn=(ΔM/Δn)·100%=1/斜率用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<1

3、0）：如直流串励电动机和直流积复励电动机的机械特性。三、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，这一机械特性称为固有机械特性: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。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－ηNUNIN＝（1－ηN）UNI

4、N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根据固有机械特性估算数据故得求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是电动机轴上的输出转矩，电磁转矩T＝KtΦIN≠TN正反转时的固有机械特性根据（0，n0）和(TN，nN)两点，就可以作出他励电动机近似的机械特性曲线n=f(T)。电动机即可正转又可反转，反转时，n与T均为

5、负。他励直流电动机正反转时的固有机械特性习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四、人为机械特性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）固有机械特性：1.串联电阻时的人为机械特性此时增加了Rad：U

6、＝UN，Φ＝ΦN，R＝Ra＋Rad电枢串联电阻Rad时，人为机械特性的方程式为：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: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改变电压

7、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。减弱磁通时人为机械特性方程式：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

8、降低而增大。改变磁通Φ的人为特性曲线图如右图。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