3,2 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
电动机的机械特性指的是 转速与电磁转矩 之间的关系。
不同励磁方式的电动机, 其运行特性也不尽相同, 下面主要介
绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性 。
如图所示为直流他励电动机的原理电路图。
aa RIEU ??
式中, U —— 外加电枢电压（ V）；
E —— 感应电势 （ V） ；
aI —— 电枢电流 （ A） ；
aR —— 电枢回路内阻（ Ω）
电枢回路部分 励磁回路部分
、nKE e??∵ am IKT ?? ∴ aae RInKU ?? ?
即,a
e
a
e
IK RK Un ?? ?? …… 转速特性
TKK RK Un 2
me
a
e ??
?? …… 机械特性
由他励电动机的特性可知：
励磁电流 If的大小与电枢电流 Ia的
大小无关，它的大小只取决于 Rf,
Uf的大小，当 Rf,Uf的大小一定
时,If为定值，即磁通 ?为定值。
对应的机械特性如图所示,
1,理想空载转速,
T=0时的转速称为理想空载转
速，用 n0表示。
根据机械特性可知,
?e0 K
Un ?
2,转速降落
T
KK
R
nn 2
me
a
0 ???
3,机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念，
其定义为,
%1 0 0ΔΔdd ??? nTnT?
理想空载点
即转矩变化与所引起的转速
变化的比值，称为机械特性的硬
度。
根据 ?值的不同，可将电
动机机械特性分为三类。
（ 1）绝对硬特性 ???
（ 2）硬特性 ?>10
（ 3）软特性 ?<10
%1 0 0ΔΔdd ??? nTnT?
二、固有机械特性
直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件（额定电压
UN和额定磁通 ?N )下和电枢电路内不外接任何电阻时的 n=f(T)
即, TKK RK Un 2
Nme
a
Ne
N
??
?? 是一条直线 。
直流他励电动机固有机械特性曲线可根据电动机的铭牌数据求
出 (0,n0 )和 (TN,nN)即可绘出固有的机械特性。
通常直流电动机铭牌上给出额定功率 PN,额定电压 UN,额
定电流 IN和额定转速 nN。
固有机械特性的计算步骤如下 。
(1) 估算电枢电阻 Ra
依据：电动机在额定负载下的铜耗 Ia2Ra约占总损耗 ?? PN的
50%～ 75%。
NN IURI
IU
IUIU
PIU
P
)1)(75.0~5.0(
)1(
Δ
Na
2
a
NNN
NNNNN
NNN
N
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?
?
???
?
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?
＝
＝
＝
＝输入功率－输出功率?
式中,
NN
NN
IU
P?? 是额定运行条件下电动机的效率，且此时
Na II ?
故得
N
N
NN
Na )1)(75.0~5.0(
I
U
IU
PR ??
(2) 求 Ne?K
额定运行条件下的反电势为,
aNNNe RIUnKE N ??? ?
故
N
aNNNe
n
RIUK ???
(3) 求理想空载转速,
Ne
N0
?K
Un ? 得 ? ?
00 n,
(4) 求额定转矩,
N
N
N
NN 55.9
n
PPT ??
? 得 ? ?NN,nT
根据 ? ?、00 n,? ?NN,nT
两点，就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 ? ?。Tfn ?
三、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压 U和励磁磁
通 Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻 Rad所得到的机械特性。
1,电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 ? ?NN,?? ?? UU
电压平衡方程式为,)( adaaN RRIEU ???
得到的人为机械特性方程式为,T
KK
RR
K
Un
2Nme
ada
Ne
N
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T
KK
R
K
Un
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a
Ne
N
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??把 T
KK
RR
K
Un
2Nme
ada
Ne
N
??
???与
特性变软
?空载速度不变；
?随着电阻的增加，转速降落增加；
2,改变电枢电压 U时的人为特性 ? ?0,adN ?? R??
由于电动机电枢绕组绝缘
耐压强度的限制, 电枢电压只
允许在其额定值以下调节, 所
以, 不同值的人为特性曲线均
在固有特性曲线之下 。
T
KK
R
K
Un
2Nme
a
Ne
N
??
??把 T
KK
R
K
Un
2Nme
a
Ne ??
??与
?空载速度随着 U的减小而减小；
?转速降落不变；
特性硬度不变
3．改变磁通 ? 时的人为特性 ? ?0,adN ?? RUU
?转速降随磁通的改变而变化。
?理想空载转速随磁通的改变而变化；
T
KK
R
K
Un
2Nme
a
Ne
N
??
??把 T
KK
R
K
Un
2me
a
e
N
??
??与
特性变软
?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
和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节；
? 当磁通过分削弱后,
（ 2）当 ?＝ 0时，从理论上说，空载时电动机速度趋近 ?,通常
称为,飞车,；
当电动机轴上的负载转矩大于电磁转矩时，电动机不能启动，
电枢电流为 Ist,长时间的大电流会烧坏电枢绕组。
因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转过程
中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为此，直流他励电动
机在使用中，一般都设有,失磁”保护。
（ 1）如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载；
一、机械特性的一般形式
电动机的机械特性指的是 转速与电磁转矩 之间的关系。
不同励磁方式的电动机, 其运行特性也不尽相同, 下面主要介
绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性 。
如图所示为直流他励电动机的原理电路图。
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式中, U —— 外加电枢电压（ V）；
E —— 感应电势 （ V） ；
aI —— 电枢电流 （ A） ；
aR —— 电枢回路内阻（ Ω）
电枢回路部分 励磁回路部分
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由他励电动机的特性可知：
励磁电流 If的大小与电枢电流 Ia的
大小无关，它的大小只取决于 Rf,
Uf的大小，当 Rf,Uf的大小一定
时,If为定值，即磁通 ?为定值。
对应的机械特性如图所示,
1,理想空载转速,
T=0时的转速称为理想空载转
速，用 n0表示。
根据机械特性可知,
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2,转速降落
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3,机械特性硬度
为了衡量机械特性的平直程度，引进一个机械特性硬度的概念，
其定义为,
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理想空载点
即转矩变化与所引起的转速
变化的比值，称为机械特性的硬
度。
根据 ?值的不同，可将电
动机机械特性分为三类。
（ 1）绝对硬特性 ???
（ 2）硬特性 ?>10
（ 3）软特性 ?<10
%1 0 0ΔΔdd ??? nTnT?
二、固有机械特性
直流他励电动机的固有机械特性指的是在额定条件（额定电压
UN和额定磁通 ?N )下和电枢电路内不外接任何电阻时的 n=f(T)
即, TKK RK Un 2
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?? 是一条直线 。
直流他励电动机固有机械特性曲线可根据电动机的铭牌数据求
出 (0,n0 )和 (TN,nN)即可绘出固有的机械特性。
通常直流电动机铭牌上给出额定功率 PN,额定电压 UN,额
定电流 IN和额定转速 nN。
固有机械特性的计算步骤如下 。
(1) 估算电枢电阻 Ra
依据：电动机在额定负载下的铜耗 Ia2Ra约占总损耗 ?? PN的
50%～ 75%。
NN IURI
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式中,
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(2) 求 Ne?K
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(3) 求理想空载转速,
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两点，就可作出他励直流电动机近似是机械特性曲线 ? ?。Tfn ?
三、人为机械特性
人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压 U和励磁磁
通 Φ的大小以及电枢回路串接附加电阻 Rad所得到的机械特性。
1,电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 ? ?NN,?? ?? UU
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?空载速度不变；
?随着电阻的增加，转速降落增加；
2,改变电枢电压 U时的人为特性 ? ?0,adN ?? R??
由于电动机电枢绕组绝缘
耐压强度的限制, 电枢电压只
允许在其额定值以下调节, 所
以, 不同值的人为特性曲线均
在固有特性曲线之下 。
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?空载速度随着 U的减小而减小；
?转速降落不变；
特性硬度不变
3．改变磁通 ? 时的人为特性 ? ?0,adN ?? RUU
?转速降随磁通的改变而变化。
?理想空载转速随磁通的改变而变化；
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（ 2）当 ?＝ 0时，从理论上说，空载时电动机速度趋近 ?,通常
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中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为此，直流他励电动
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（ 1）如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载；
