《电器设备及控制技术》课件项目13.ppt

1、直流电动机的机械特性 一、能力目标一、能力目标二、仪器与设备二、仪器与设备三、项目要求三、项目要求 （一）掌握用实验方法测定直流电动机的固有机械特性和人为机械特性1他励（并励）直流电动机固有机械特性的测定（1）按图13-1接线。直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用1800阻值。Rf2选用1800阻值。R1选用180阻值。R2选用阻值。直流电动机的机械特性 直流电动机的机械特性（2）将被试直流电动机M的励磁电阻Rf1调至最小值，电枢电路串联电阻R1调至最大值，负载发电机MG励磁电阻Rf2和电枢回路串联电阻R2均放置于阻值最大位置。

2、（3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节直流测功机的励磁电流If2、负载电阻R2和电动机的励磁调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：UUN，IIN，nnN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。（4）保持UUN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和测功机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录。直流电动机的机械特性（5）由表13-1计算出P2和，并给出n、T2、f（Ia）及nf（T2）的特性曲线。电动机输出功率：P20.105nT2式中输出转矩T2

3、的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。电动机输入功率：P1=UI输入电流：I=Ia+IfN电动机效率：由工作特性求出转速变化率：%10012PP%100%0NNnnnn直流电动机的机械特性 2 他励（并励）直流电动机人为机械特性的测定（1）电枢串电阻时的人为机械特性的测定调节被试电动机M电枢回路的附加电阻Rl为某一定值，保持电源电压U=UN，励磁电流If=IfN不变，按上述方法进行实验，逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。（2）改变电枢电压时的人为机械特性的测定调节被测电动机电枢电压，使被试电动机M的电枢电压

4、为某一定值（如U=0.8UN），保持励磁电流If不变，按上述方法进行实验。逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。直流电动机的机械特性（3）改变励磁电流时的人为机械特性的测定调节励磁回路调节电阻Rf1，使被试电动机M的励磁电流为小于额定励磁电流的某一定值（如0.8IfN），电源电压U=UN不变，按上述方法进行实验。逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。（二）掌握用实验方法测定直流串励电动机的固有机械特性和人为机械特性直流电动机的机械特性 直流电动机的机械特性 1 固有机械特性的测试（1）按图13-2接线。直流测功机MG按他励发电机连接，在此

5、作为直流串励电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。（2）由于串励电动机不允许空载启动，因此直流测功机MG先加他励电流If2,并接上一定的负载电阻R2，使电动机在启动过程中带上负载。（3）调节直流串励电动机M的电枢串联启动电阻R1及磁场分路电阻Rf1到最大值，打开磁场分路开关S1，合上电枢电源开关，启动M，并观察转向是否正确。直流电动机的机械特性 （4）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，同时调节MG的负载电阻R2，调节电枢电源电压，使M的电枢电压U1=UN、I=1.2IN。（5）在保持U1=UN、If2为校正值的条件下，逐次减小负载（即增大R2）直至n1.4nN为止，每次测取I

6、、n、IF，共取（67）组数据，记录。直流电动机的机械特性 2 电枢串电阻后的人为机械特性（1）保持MG的他励电流If2为校正值，调节负载电阻氏R2。断开直流串励电动机M的磁场分路开关S1，调节电枢串联起动电阻R1到最大值，起动M。（2）调节串入M电枢的电阻R1、电枢电源的电压和校正电机MG的负载电阻R2，使M的电枢电源电压等于额定电压（即U=UN）、电枢电流I=IN、转速n=0.8nN。（3）保持此时的R1不变和U=UN，逐次减小电动机的负载，直至nl.4nN为止。每次测取U1、I、n、IF共取数据（67）组，记录。直流电动机的机械特性 四直流电动机的运行原理与机械特性四直流电动机的运行原理

7、与机械特性（一）直流电机的电动势、转矩和功率1直流电动机的电动势当电枢转动时，电枢绕组中的导体在不断切割磁力线，因此每根载流导体中将产生感应电动势，其大小为对于给定的直流电动机，磁感应强度B与每极磁通成正比，导体的运动速度v与电枢的转速n成正比，而导体的有效长度和绕组匝数都是常数，因此直流电动机两电刷间总的电枢电动势的大小为eBlv直流电动机的机械特性（13-1）式中Ce电动势常数（与电动机结构有关的另一常数）；每极磁通（Wb）；n电动机转速（rmin）；Ea电枢电动势（V）。由此可知，直流电动机在旋转时，电枢电动势Ea的大小与每极磁通和电动机转速n的乘积成正比，它的方向与电枢电流方向相反，在

8、电路中起着限制电流的作用，因此称为反电势。aeECn直流电动机的机械特性 2电磁转矩由电磁力公式可知，每根载流导体在磁场中所受电磁力为对于给定的电动机，磁感应强度B与每个磁极的磁通成正比，导线电流i与电枢电流I成正比，而导线在磁极磁场中的有效长度l及转子半径等都是固定的，仅取决于电动机的结构，因此直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为fBli直流电动机的机械特性（13-2）式中CT电机转矩常数（与电动机结构有关的常数）；Ia电枢电流（A）；T电磁转矩（Nm）。由式（13-2）可知，直流电动机的电磁转矩T与每极磁通和电枢电流Ia的乘积成正比。电磁转矩的方向由左手定则决定。TaTCI直流电动机的机械

9、特性 直流电动机的转矩T与转速n及轴上输出功率P的关系式为（13-3）式中P电动机轴上输出功率（kW）；n电动机转速（rmin）；T电动机电磁转矩（Nm）。9 55PT.n直流电动机的机械特性 3直流电动机的效率直流电动机的效率为（13-4）（二）他励直流电动机的机械特性1他励直流电动机机械特性方程式由他励直流电动机电动势平衡方程式21100P%Paaapaaa()=+UEI RREI R直流电动机的机械特性 式中Rpa电枢回路外串电阻（）又由，可得再由，得，最终可得机械特性方程：（13-5）（13-6）aeECneaUI RnCeeT2URnTCC C00nTnn直流电动机的机械特性 上式他

10、励电动机的机械特性方程，它具有以下特性：（1）T=0，n=U/（Ce）称为理想空载转速，空载转速n0与U成正比，与成反比，当U与不变时，n0是一个定值。（2）并励电动机的机械特性是一条过n0点、并稍向下倾斜的直线。（3）他励电动机的机械特性具有硬的机械特性，即电动机负载转矩增大时，转速的下降并不大。电动机的转速调整率为式中nN为电动机的额定转速。0NN100nnn%n直流电动机的机械特性 一般他励直流电动机的转速调整率n约为35。这种特性适用于转速比较稳定的场合。他励直流电动机的机械特性如图13-3所示。直流电动机的机械特性（4）如果在并励直流电动机中，改变串入电枢回路的附加电阻，或者改变励磁

11、电流的大小，就可改变它的机械特性曲线，这种改变后的机械特性曲线称为人工机械特性。并励直流电动机具有与他励直流电动机相似的“硬的”机械特性，由于并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联。共用一个电源，电枢电压的变化会影响励磁电流的变化，使机械特性比他励稍软。直流电动机的机械特性 2串励电动机的机械特性 串励电动机的机械特性为双曲线，如图13-4所示。它具有以下特性：（1）串励电动机的转速随转矩变化而剧烈变化，这种机械特性称为软特性。（2）串励电动机的转矩与电枢电流的平方成正比，因此，它的起动转矩大，过载能力强。（3）电动机空载时，理想空载转速n0为无限大，实际中n0可达nN的57倍，这是电动机的机械强度所不允许的。因此，串励电动机不允许空载或轻载运行。直流电动机的机械特性（4）串励电动机可通过电枢串电阻、改变电源电压、改变磁通达到人为机械特性适应负载和工艺的要求。