电机特性曲线
实验报告-直流电机特性曲线
直流电机特性曲线一、实验内容1.直流电机固有机械特性曲线2.直流电机电枢回路串电阻机械特性曲线3.直流电机弱磁机械特性曲线二、实验原理1.他励直流电机固有机械特性方程式式：n=U NC eΦN−R aC e C TΦN2T em由公式可以画出其固有机械特性曲线：2.电枢回路串接电阻R e时的人为机械特性方程为n=U NC eΦN−R a+R eC e C TΦN2T em特点：①理想空载点不变②曲线斜率随串入电阻的增大而增大，转速降增大，机械特性变软③对于相同的电磁转矩，串入电阻越大，转速n越小3.改变电源电压U d时的人为机械特性方程式n=U dC eΦN−R aC e C TΦN2T em特点：①理想空载转速随电源电压降低而成比例降低②曲线斜率保持不变，特性的硬度保持不变③对于相同的电磁转矩，转速n随电源电压降低而减小4.渐弱磁通时的人为机械特性方程式为n=U NC eΦ−R aC e C TΦ2T em特点：①理想空载点随磁通减弱而升高②曲线斜率与磁通成反比，减弱磁通，斜率增大，机械特性变软。
三、实验结果1.固有机械特性 U=U n=220V I fI a(A) 1.110.90.70.60.40.30.20.082 n(r/min)160016131625164716591687170417241752e n f=0.12AI a(A)0.080.10.150.20.250.30.350.40.45n(r/min)1676164015521464138312861213113310493.弱磁U=U n=220V I f=0.11AI a(A)0.0850.10.20.40.60.80.9 1.0 1.1n(r/min)184418401815177717501730171817041691四、实验分析根据实验数据拟合的曲线由图可以得出，实验基本和理论曲线一致。
其中电枢回路串电阻特性曲线，其理想空载点与固有特性曲线不在同一点，可能是由于测量上的误差或者电机时间运行较长，引起电机自身参数略有变化；弱磁机械特性曲线的硬度没有理论中的软，可能是由于实验时，所降低的励磁电流过小而导致。
直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真
直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真1. 简介直流电动机是现代工业中应用广泛的一种电动机，其性能参数对于电机的设计、运行和控制都具有重要意义。
机械特性曲线是描述直流电动机转速与负载转矩之间关系的曲线，是电机运行性能分析的重要依据。
本文档将介绍如何使用Matlab软件对直流电动机的机械特性曲线进行仿真分析。
2. 理论基础2.1 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。
当直流电源施加在电动机的电极上时，会在转子中产生电磁场，该电磁场与定子磁场相互作用，产生转矩，从而使转子旋转。
2.2 机械特性曲线机械特性曲线是描述直流电动机转速与负载转矩之间关系的曲线。
其主要包括以下几个部分：- 空载特性曲线：电动机在无负载情况下运行时的转速与励磁电流之间的关系。
- 负载特性曲线：电动机在不同负载情况下运行时的转速与负载转矩之间的关系。
- 转速特性曲线：电动机在不同转矩下运行时的转速与转矩之间的关系。
3. Matlab仿真步骤3.1 建立仿真模型在Matlab中，我们可以使用Simulink工具建立直流电动机的仿真模型。
首先，我们需要在Simulink库中找到相关的电动机模块，然后将其拖拽到模型窗口中，连接电源、负载等模块，构建完整的电动机系统。
3.2 设置仿真参数在模型窗口中，我们可以通过参数设置对话框为电动机模型设置各项参数，如电动机的额定电压、额定电流、电枢电阻、电枢电感、励磁电阻、励磁电感等。
此外，还需要为负载设置相应的参数，如负载转矩、负载速度等。
3.3 编写仿真脚本在Simulink中，我们可以使用Matlab脚本来控制仿真过程，实现对电动机模型的初始化、参数设置、仿真运行等操作。
在脚本中，我们可以使用Matlab内置函数对仿真数据进行采集、处理和分析，从而得到机械特性曲线。
3.4 运行仿真并分析结果在完成仿真模型的搭建和参数设置后，我们可以运行仿真脚本，观察电动机模型的运行情况，并采集机械特性曲线上的关键数据。
直流串励电机外特性曲线绘制
1.1.1 直流串励电机外特性曲线绘制
根据公式(3-6)，(3-10)可以推出所选电机转速与输出转矩之间的关系，利用电流变量作为中间过渡变量，联系起转速和转矩之间的关系。
并用MATLAB 绘制曲线图，如图3-7所示。
由于以上公式只为拟合公式，所以存在精度和适应范围的问题，以图3-5转速-电流图为例，实际工作的电机在堵转情况下实际电流不会如图中标示那么大，故以上所有图大概适应范围为500rpm~4000rpm ，超出范围则失去工程意义。
图 3-7 直流串励电机转速-转矩关系图
1.2 本章小结
本章节根据叉车的整车参数选定了牵引电机的类型和技术参数，电动叉车的工作工况相对简单，没有高速行驶和爬陡坡的工况，所以设计起来相对简单，所选串励电机的方案是切实可行的。
本章还利用MATLAB 软件绘制了电机外特性拟合曲线，以上的串励电机外特性拟合函数是在《叉车构造与设计》一书中查得，其数学模型对于串励电机具有普遍性，而电机的外特性曲线的获得对优化传动比具有决定性意义，接下来的优化分析工作都是建立在对牵引电机外特性曲线的研究之上。
30507090
11013015010002000
3000
40005000
6000
电流(A)转速(r p m )。
三相异步电动机的机械特性曲线概要
sm
s 'm
0
T
Tst Tst
R2 得：S m X 20
T 令： 0 S
R2 R'2
R2的 改变 ： 鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同 绕线式电动机外接电阻不同
（牛顿•米）
三、电机的自适应负载能力
电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调 整，这种能力称为自适应负载能力。 常用特
TL n S I 2 T 直至新的平衡。此过程中，I 2 时， I 电源提供的功率自动 1
增加。
n
性段
n0
T
自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要 特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大 油门，才能带动新的负载。）
n
n0
T
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 ( sX 20 )
求 解
Tmax
T 0 S
Tmax
KU12
1 2 X 20
五、最大转矩
Tmax 过载系数： TN
三相异步机
1.8 ~ 2.2
（1）三相异步机的 Tmax和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （2） 工作时，一定令负载转矩 机将停转。致使 ，否则电 TL Tmax
电机严重过热
n 0 I 2 I1
六、起动转矩 Tst
n
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 (sX 20 ) 其中 n 0 (s 1)
则
n0
T
Tst
R2 2 Tst K 2 U1 2 R2 ( X 20 )
பைடு நூலகம்
Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst TL电机能
直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真
直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真简介直流电动机是一种常见的电动机类型，具有广泛的应用领域。
了解直流电动机的机械特性曲线对于电机的设计和控制非常重要。
在Matlab中进行机械特性曲线的仿真可以帮助我们更好地了解电机的性能。
目标本文档的目标是介绍如何在Matlab中进行直流电动机机械特性曲线的仿真。
我们将使用Matlab的Simulink工具来建立电机模型，并通过对电机的电流和转速进行控制，得到机械特性曲线。
步骤以下是在Matlab中进行直流电动机机械特性曲线仿真的步骤：1. 创建电机模型：使用Simulink工具创建一个直流电动机的模型。
模型中包括电机的电流输入和转速输出。
2. 设置电机参数：根据实际情况设置电机的参数，包括电阻、电感、转矩常数等。
这些参数将影响电机的性能。
3. 设计控制器：设计一个合适的控制器来控制电机的电流和转速。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
4. 运行仿真：设置仿真时间和仿真步长，并运行仿真。
仿真过程中，控制器将根据设定的输入信号来控制电机的行为。
5. 分析结果：分析仿真结果，包括电机的转速、电流和转矩。
根据这些结果可以绘制出电机的机械特性曲线。
注意事项在进行直流电动机机械特性曲线的仿真时，需要注意以下事项：- 确保电机参数的准确性：电机的参数对仿真结果有很大的影响，因此需要准确地设置电机的参数。
- 选择合适的控制器：控制器的选择对于电机的性能和仿真结果至关重要。
需要根据实际需求选择合适的控制器。
- 仿真时间和步长的设置：仿真时间和步长的选择也会对仿真结果产生影响。
需要根据实际情况选择合适的仿真时间和步长。
结论在Matlab中进行直流电动机机械特性曲线的仿真可以帮助我们更好地了解电机的性能。
通过建立电机模型、设置参数、设计控制器和运行仿真，我们可以得到电机的转速、电流和转矩等重要参数，并绘制出机械特性曲线。
这些结果对于电机的设计和控制具有重要意义。
直流电动机的特性曲线
(3)說明②：
由下式可知，當小負載時，
m 隨 Ia 成正比變化，故轉
矩 T 隨 Ia 的平方成正比，其 轉矩特性曲線為上升的拋物 線；而當負載增加到場磁通 達磁飽和的狀態時，轉矩 T 則隨 Ia 成正比，此時其轉矩 曲線為一上升直線。
轉矩特性曲線
T＝K''mIa＝K'Ia2（小負載時串激磁場未飽和）
2 n 2 1800
(3)
Tm＝
60Pm
2 n
＝ 60
2
8800≒46.7（牛頓-公尺） 1800
(4) PS＝Pm－Po＝8800－10×746＝1340（瓦特）
節目次
7-2 直流電動機啟動法
1.原理
直流電動機啟動的瞬間，轉速 nST≒0 轉／分，故電樞反電勢
Em(ST)＝KnSTm＝0 伏特，若代入公式 7-1，可得知電樞啟動
1.他激式直流電動機
(1)原理：
場繞組因由另一直流電源供給，故場磁通 m 等 於由場繞組所產生的磁通 f，且為定值，即不會
隨負載大小變化而改變，如圖中的虛線所示。
電路圖
轉速特性曲線
(2)說明①：
由公式 7-1 可推得下式，即轉速 n 會隨電樞電流
Ia（即負載電流 IL）的增加而些微下降，故實際
Km
Km
故影響直流電動機轉速的因素有下列幾點：
(1)外加電源電壓 Vt。
(2)主磁極的磁通量 m。
(3)電樞電路的電阻壓降 IaRa。
節目次
1.電樞電壓控速法
(1)複壓控速法：係改變電樞兩端的外加電源電壓大小來 控制轉速，當電樞端電壓愈大，轉速就愈快，最近大 多採用倍壓或降壓的電子電路來控速。 圖例
他励直流电动机的机械特性曲线的分析
浅析：他励直流电动机的机械特性在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。
利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。
可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。
下图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。
由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 )他励直流电动机电路原理图当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通F ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。
特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。
他励直流电动机的机械特性a a a R I E U+=n E a Φe C =φa T em I C T =emT R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φe 0C U n =实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩，而电动机的实际空载转速 将低于n0。
由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。
β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称b 大的机械特性为软特性。
一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。
机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N%来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。
电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。
发电机的特性曲线
发电机的特性曲线
发电机的特性曲线是一个重要的参数，它可以描述发电机的动态性能。
它的原理是，当发电机的转速变化时，在它的输出轴上产生的有功功
率会变化。
发电机特性曲线就是表示发电机在不同转速下输出功率与
扭矩关系的曲线图。
发电机特性曲线由三部分组成，即定子空载特性曲线，定子额定电流
特性曲线和转子额定电流特性曲线。
定子空载特性曲线表示定子在不
同转速下的电流和功率变化关系，定子额定电流特性曲线表示定子在
额定电流条件下的转速和有功输出的变化关系，转子额定电流特性曲
线表示转子在额定电流条件下的转速和功率的变化关系。
不同输出特性曲线表明发电机在不同转速下功率和扭矩的变化趋势，
可以作为设计发电机系统的基础参数。
发电机性能和特性曲线的变化
受到许多因素的影响，这些因素包括外界的条件和系统的设计参数，
例如定子电流、转子电流、电压、功率等。
特性曲线是发电机动态性能的重要参考，可以用来确定发电机的设计
参数和工作条件，以及与发电机相关的各种控制器的设计参数。
正确
的特性曲线可以有效提高发电机系统的性能，在节约能源和维护健康
环境方面发挥重要作用。
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如何绘制性能曲线图
作者：刘小鑫
性能曲线图的四个要点
1、空载转速(N0)—指电机不受任何机械阻力或负载时的电压，在轴枝上测得的速度，单位为rpm(每分钟内旋转的圈数)。
2、空载载电流(I0)—指在电机无任何负载的情况下测得的电流量。
3、堵转转矩(Ts)—指因加载引致电机停止旋转时测得的转矩。
但建议阁下不要如此操作，因“退磁”或过载可能损坏电机。
4、堵转电流(Is)—指在电机因过载而停止旋转时测得的电流量。
绘制性能曲线图
1、速度曲线—是连接N0(空载转速)点及Ts(堵转转矩)点的曲线，其标示出电机在不同情况下的速度。
2、电流曲线—是连接I0(空载电流)点及Is(堵转电流)点的曲线，其标示出电机在不同情况下的电流量。
3、输出功率曲线—用以表示电机的输出功率，并可用以下公式计算：P=(速度x 转矩)/9500(速度单位为rpm,转矩单位为mNm)。
4、效率曲线—用以表示电机的效率，可用以下公式计算：Eff(%)=(输出功率/(电压x电流))x100
影响电机性能的主要因素
1、输入电压—在保持I0不变的情况下，输入电压增大会令N0、Is及I0增大。
2、串接电阻—在保持N0不变的情况下，串接电阻增大会令Ts及Is减小。
3、绕组的匝数—在保持Ts不变的情况下，绕组匝数增加将令N0、I0及Is增大。
4、绕组的线径—在保持I0及N0不变的情况下，绕组直径增大将令Ts及Is增大。
5、磁通量—在保持Is不变的情况下，磁通量增大将令N0及I0减小。
6、温度—在Is及Ts 减小的情况下，环境温度的上升将令N0及I0增大。