3.3.7直流电动机的工作特性与机械特性11

知识点：直流电动机的工作特性与机械特性主讲教师：冯泽虎直流电动机的工作特性1

目录2直流电动机的机械特性234机械特性的求取3直流电动机的工作特性1

直流电动机的工作特性是指供给电机额定电压

额定励磁电流

时，转速与负载电流之间的关系、转矩与负载电流之间的关系及效率与负载电流之间的关系。这三个关系分别称为电动机的转速特性、转矩特性和效率特性。

他励直流电动机的工作特性与并励直流电动机的工作特性相同。本节以他励直流电动机为例分析直流电动机的工作特性。直流电动机的工作特性1（1）转速特性他励直流电动机的转速特性可表示为

，整理可得：

（3-19）

此式即为转速特性的表达式。如果忽略电枢反应的去磁效应，则转速与负载电流按线性关系变化，当负载电流增加时，转速有所下降。他励直流电动机的工作特性如图3-23所示。图3-23他励电动机的工作特性直流电动机的工作特性1（2）转矩特性当U=UN，If=IfN时，

的关系称为转矩特性。根据直流电机电磁转矩公式可得电动机转矩特性表达如下：

（3-20）

由此式可见，在忽略电枢反应的情况下电磁转矩与电枢电流成正比，若考虑电枢反应使主磁通略有下降，电磁转矩上升的速度比电流的上升的速度要慢一些，曲线的斜率略有下降。直流电动机的工作特性1（3）效率特性当U=UN，If=IfN时，

的关系称为效率特性。

（3-21）

从前面叙述可知，空载损耗P0是不随负载电流变化的，当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；当负载电流增大时效率也增大，输入的功率大部分消耗在机械负载上；但当负载电流大到一定程度时铜损快速增大此时效率又开始变小。直流电动机的机械特性21）机械特性的概念

直流电动机的机械特性是指在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速n与电磁转矩之间的关系：n=f(Tem)。由于转速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特性。以他励直流电动机为例分析直流电动机的机械特性。

图3-24他励直流电动机电路原理图直流电动机的机械特性2

图3-24所示是他励直流电动机的电路原理图。图中U为外施电源电压，Ea是电枢电动势，Ia是电枢电流，Rs是电枢回路串联电阻，If是励磁电流，

是励磁磁通，Rf是励磁绕组电阻，Rsf是励磁回路串联电阻。按图中标明的各个量的正方向，可以列出电枢回路的电压平衡方程式

U=Ea+RIa

（3-22）式中，R=Ra

+Rs

，R为电枢回路总电阻，R

为电枢电阻。由电枢电动势Ea

=Cen和电磁转矩T

=C

Ia，可得他励直流电动机的机械特性方程式

直流电动机的机械特性2

图3-25他励直流电动机的机械特性

必须指出，电动机的实际空载转速n/0比理想空载转速略低。这是因为电动机有摩擦等原因存在一定的空载转矩T0，空载运行时，电磁转矩不可能为零，它必须克服空载转矩，即T

=T0，故实际空载转速应为直流电动机的机械特性2固有机械特性和人为机械特性电动机自身所固有的，反映电动机本来“面目”的机械特性是在电枢电压、励磁磁通为额定值，且电枢回路不外串电阻时的机械特性，称为电动机的固有（自然）机械特性直流电动机的机械特性2(1)固有机械特性当

时的机械特性称为固有机械特性，其方程式为直流电动机的机械特性2（2）人为机械特性①电枢串电阻时的人为特性保持

不变，只在电枢回路中串入电阻R时的人为特性为②降低电枢电压时的人为特性保持

不变，只改变电枢电压U时的人为特性为直流电动机的机械特性2因此降低电压时的人为特性是位于固有特性下方，且与固有特性平行的一组直线，如图3-28所示.直流电动机的机械特性2减弱励磁磁通时的人为特性改变励磁回路调节电阻R，就可以改变励磁电流，进而改变励磁磁通。由于电动机额定运行时，磁路已经开始饱和，即使再成倍增加励磁电流，磁通也不会有明显增加，何况由于励磁绕组发热条件的限制，励磁电流也不允许大幅度地增加，因此，只能在额定值以下调节励磁电流，即只能减弱励磁磁通。直流电动机的机械特性2保持

不变，只减弱磁通时的人为特性为

对应的转速特性为直流电动机的机械特性2

但是在讨论减弱磁通的人为特性时，因为磁通是个变量，所以两条曲线是不同的，如图3-29所示。机械特性的求取3

机械特性的求取在设计电力拖动系统时，首先应知道所选择电动机的机械特性，可是电动机的产品目录或铭牌中都未直接给出机械特性的数据，因此通常是根据铭牌数据：

计算或通过实验来求取机械特性。（1）固有机械特性的求取他励直流电动机的固有机械特性为一条直线，所以只要求出直线上任意两点的数据就可以画出这条直线。一般计算理想空载点和额定运行点数据，具体步骤如下：机械特性的求取3①估算电枢电阻可用实测方法求得，也可用下式进行估算：是人为电动机额定运行时，电枢铜耗占总电阻的。②计算③计算理想空载点数据④计算额定工作点数据

机械特性的求取3

根据计算所得

两点就可以在

平面内画出电动机的固有机械特性。通过式

后，便可求得他励电动机的固有机械特性方程式

人为特性的求取在固有特性方程式