直流他励电动机机械特性.
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。
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
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性一、实验目的了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性二、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、电动及回馈制动状态下的机械特性2、电动及反接制动状态下的机械特性3、能耗制动状态下的机械特性四、实验方法1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D44按图1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。
R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。
3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性(1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R 3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。
(2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。
开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。
(3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R 2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M 起动运转。
调节“电枢电源”电压为 220V ；调节R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。
8 直流他励电动机机械特性分析
电枢磁通密度
N
S
电枢磁动势
1560
转速n(r/min)
1540 1520 1500 1480 30 系列1 1540 171 1530 342 1520 513 1510 684 1505 855 1505 1026 1508 1094 1512
电枢电流Ia(A)
交轴电枢反应使主极磁场发生畸变，磁路饱 和时有效磁通减少，如图 3。在有效磁通随着电 枢电流增加而减少时，如果励磁电流保持一定， 则随着负载电流的增加，会引起电动机转速上 升，乃至得不到稳定运行。
图 2: 负载时电枢磁动势磁通密度分布
ZIa/8ap
n U ( I a Ra Ub ) / Ce
可见，当U为常数，电枢电流变化时，影响 转速特性的因素是电枢回路电阻压降与气隙磁 通 的变化。他励电机 I f =定值，气隙磁通 只 受电枢反应的影响。电枢电流 I a 增大，电枢电路 电阻压降使转速下降，电枢反应去磁效应使转速 上升，因而转速变小，为硬转速特性。通常电阻 压降影响较大，转速略为下倾。过载时，电枢反 应影响增大，转速曲线上翘。如下图(直流电动机 为 Z4-280-22 280KW 440V 1500RPM 他 励 180V)：
力拖动系统）在交点处稳定运行，由于出现某种 干扰作用，使原来两种特性的平衡变成不平衡， 电动机转速便稍有变化，这时，当干扰消除后， 拖动系统必须有能力使转速恢复到原来交点处 的数值。电力拖动系统如能满足这样的特性配合 条件，则该系统是稳定的，否则是不稳定的。 （1）下倾时机械特性曲线稳定性分析
n TL A A TL
参考文献
[1] 电机工程手册. 北京：机械工业出版社. [2] 上海电气科学研究所.中小型电机设计手册. 北京：机 械工业出版社. [3] 陈世坤. 电机设计[M]. 北京：机械工业出版社. [4] 汤蕴缪、史乃. 电机学. 北京：机械工业出版社
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。
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实训三直流他励电动机机械特性
自动化0933班徐林
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．电动及回馈制动特性。
2．电动及反接制动特性。
3．能耗制动特性。
四．实验设备及仪器
1．实验台主控制屏。
2．电机导轨及转速表
3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）
4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）
5．旋转指示灯及开关板（NMEL-05B）
6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06A）
7．电机起动箱（NMEL-09）
8．直流电机仪表、电源（含在主控制屏左下方，MMEL-18）
五．实验方法及步骤
1．电动及回馈制动特性
接线图如图5-1
M为直流发电机M01作电动机使用（接成他励方式）。
G为直流并励电动机M03（接成他励方式），U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min;
直流电压表V1为MMEL-18中220V可调直流稳压电源自带，V2的量程为300V （NMEL-06A）；
直流电流表mA 1、A 1分别为MMEL-18中220V 可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表； mA 2、A 2分别选用量程为200mA 、5A 的毫伏表、安培表。
R 1选用900Ω欧姆电阻（NMEL-03）
R 2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联） R 3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09） R 4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S 1、S 2选用
NMEL-05B 中的双刀双掷开关。
按图5-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置； （1）开关S 1合向“1”端，S 2合向“2”端。
（2）电阻R 1至最小值，R 2、R 3、R 4阻值最大位置。
（3）直流励磁电源船形开
关和220V 可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。
实验步骤。
a ．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船
型开关和220V 电源船形开关，
使直流电动机M 起动运转，调
节直流可调电源，使V 1读数为U N =220伏，调节R 2阻值至零。
b ．分别调节直流电动机M 的磁场调节电阻R 1，发电机G 磁场调节电阻R 3、负载电阻R 4（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900Ω电阻相并联的旋钮），使直流电动机M 的转速n N =1600r/min ，I f +I a =I N =0.55A ，此时I f =I fN ，记录此值。
c ．保持电动机的U=U N =220V ，I f =I fN 不变，改变R 4及R 3阻值，测取M 在额定负载至空载范围的n 、I a ，共取5-6组数据填入表中。
表5-1 U N =220伏 I fN = 0.075 A
I a （A ）
0.4
0.37 0.34 0.30 0.28 0.26 n （r/min ） 1782
1802
1807
1813
1818
1818
d ．折掉开关S 2的短接线，调节R 3，使发电机G 的空载电压达到最大（不超过220伏），并且极性与电动机电枢电压相同。
e ．保持电枢电源电压U=U N =220V ，I
f =I fN ，把开关S 2合向“1”端，把R 4值减小，直至为零（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器）。
再调节R 3阻值使阻值逐渐增加，电动机M 的转速升高，当A 1表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R 3阻值，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至电流接近0.8倍额定值（实验中应注意电动机转速不超过2100转/分）。
测取电动机M 的n 、I a ，共取5-6组数据填入表5-2中。
电动及回馈制动特性
图5-2 直流他励电动机I 图5-1 直流他励电动机机械特性测定接线图R 直
流电
机
励磁
电
源
R 1U 可调直
流稳压
电
源
S V 11
112f R 32S A G M A I a 21V 22
R 421直流电动机M01同步发电机M08mA 2mA 1
表5-2 U N =220伏 I fN = A I a （A ） 0.10 0.11 0.12 0.19 0.33 0.35 n （r/min ）
因为T 2=CMφI 2，而CMφ中为常数，则T ∝I 2，为简便起见，只要求n=f （I a ）特性，
见图5-2。
2．电动及反接制动特性。
在断电的条件下，对图5-1作如下改动： （1）R 1为NMEL-09的3000Ω磁场调节电阻，R 2为NMEL-03 的900Ω电阻，R 3不用，R 4不变。
（2）S 1合向“1”端，S 2合向“2”端（短接线拆掉），把发电机G 的电枢二个插头对调。
实验步骤：
a ．在未上电源前，R 1置最小值，R 2置300Ω左右，R 4置最大值。
b ．按前述方法起动电动机，测量发电机G 的空载电压是否和直流稳压电源极性相反，若极性相反可把S 2含向“1”端。
c ．调节R 2为900Ω，调节直流电源电压U=U N =220V ，调节R 1使
I f =I fN ，保持以上值不变，逐渐减小R 4阻值，电机减速直至为零，继续减小R 4阻值，此时电动机工作于反接制动状态运行（第四象限）； d ．再减小R 4阻值，直至电动机M 的电流接近0.8倍I N ，测取电动机在第1、第4象限的n 、I 2，共取5-6组数据记录于表5-3中。
表5-3 R 2=900Ω U N =220V I fN = A
I 2（A ）
0.10
0.11 0.12 0.19 0.33 0.35 0.38 n （r/min ） 18
57
-42
-235
-388
-593
为简便起见，画n=f （I a ），见图5-3。
六．实验注意事项
调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。
七．实验报告
根据实验数据绘出电动机运行在第一、第二、第四象限的制动特性n=f （I a ）及能耗制动特性n=f （I a ）。
八．思考题
1．回馈制动实验中,如何判别电动机运行在理想空载点? 2．直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变,试问电磁转矩的方向是否也不变? 为什么?
3．M ，G 实验机组,当电动机M 从第一象限运行到第四象限,其转向反了,而电磁转矩方向不变,为什么? 作为负载的G,从第一到第四象限其电磁矩方向是否改变? 为什么?
电动及反接制动特性
图5-3 直流他励电动机。