由于电枢电阻Ra较小，Ф N数值大，所以特性曲线斜率β 小，固有 机械特性曲线为硬特性。
17
2.2
电力拖动系统的特性
（2）人为机械特性
人为机械特性：人为地改变电源电压、磁通和电枢回路串电阻等一个或几 个参数的特性。
1）电枢串电阻时的人为机械特性
保持电源电压和磁通为额定值，当他励直流电动机的电枢回路中串入电 阻Rpa时，电枢回路总电阻 ，此时的人为机械特性方程式为 R Ra R pa
图2-5 他励直流电动机降低 电枢电压时的人为机械特性
19
2.2
电力拖动系统的特性
3）减弱磁通时的人为机械特性 当电枢电压为额定值，电枢回路不串接电阻时，改变磁通的人 为机械特性方程式为
UN Ra n T 2 Ce Ce CT
由上式可知，理想空载转速n0与磁通成 反比，磁通Ф 减弱，n0增大；斜率β 与磁通 Ф 成反比，磁通减弱会使斜率增大。弱磁人 为机械特性曲线如图2-6所示。
Tst 1 (1.5 ~ 2.0)Tst 2
1、测量改变串入电动机电枢回路的调节电阻时的转速
Rf调至最小，改变串入电动机电枢回路的调节电阻R1，测量相应 的转速n，填入表2-3中，并绘制R1-n曲线。
表2-3 改变串入电动机电枢回路的调节电阻时的转速测量
R 1/ Ω
R1m
3/4R1m
1/2R1m
1/4R1m
0
n/r/min
9
任务2
调节他励电动机的转速
a
3/4R1 电枢电 流Ia/A 励磁电 流If/A
0
f
电枢电 励磁电 电枢电 励磁电 I电枢电 励磁电 I 流Ia/A 流If/A 流Ia/A 流If/A 流Ia/A 流If/A
任务2
调节他励电动机的转速
保持电源电压为额定电压UN，分别改变串入电动机电枢回路的调 节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf，观察转速变化情况。
4
2.1
直流电动机的启动、调速、 反转观察
直流电动机的起动
任务1
任务2
调节他励电动机的转速
任务3
改变电动机的转向
5
任务1
直流电动机的起动
1、接线图
按图2-1接线，检查电动机和测功机之间是否用联轴器联结好，电 动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程、极性是否正确 。
图2-1
他励直流电动机的启动、调速、反转电路图
Ia
电动机旋转方向 电枢电流
/ A 励磁电流 I f /
A
7
任务1
直流电动机的起动
4、记录电枢电流值和励磁电流值
保持电源电压U1不变，逐渐减小电阻R1的值直至最小，将电枢电 流值和励磁电流值记录在表2-2中。
表2-2 电阻值 电流类型 测量值
8
他励直流电动机不同电阻值时电流的测量 2/4R1 1/4R1
Ra R pa UN n T Ce N Ce CT 2 N
从上式可知，理想空载转速n0不变，机械特性 的斜率β 随着串电阻的增大而增大，机械特性的硬 度减小，特性曲线变软，如图2-4所示。由图可知， 电枢回路串入不同电阻时，电动机的转速发生变化， 图2-4 他励直流电动机电枢 电路串电阻的人为机械特性18 因此可通过电枢回路串电阻进行调速。
图2-9 恒功率负载特性曲线
3、泵与风机类负载特性
泵与风机类负载的特点是：负载的转矩 与转速的平方成正比，负载特性为一条抛物 线，如图2-10曲线1所示。
图2-10 泵与风机类负载特性
23
2.2
电力拖动系统的特性
四、电力拖动系统的稳定运行条件
电力拖动系统的稳定运行，就是系统因外界因素的干扰离开平衡 状态，在外界因素消失后，仍能恢复到原来的平衡状态，或在新的条 件下达到新的平衡状态。 电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是
14
2.2
电力拖动系统的特性
二、他励直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性是电动机在电枢电压、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，电动机的转速与 电磁转矩之间的关系： n f (T ) 。
1、机械特性方程式
他励直流电动机的接线图如图2-2所示。 由图可知，他励直流电动机的机械特性方程 式为
图2-6 他励直流电动机 的弱磁人为机械特性 20
2.2
电力拖动系统的特性
三、生产机械的负载特性
生产机械的负载特性也称为负载转矩特性，简称负载特性，是 电动机的转速与负载转矩之间的关系：n f (TL ) ，即负载的机械特 性。大致可分为三类：恒转矩负载特性、恒功率负载特性、泵与风 机类负载特性。
电动机拖动单轴旋转系统的旋转运动方程式为
T TL J d dt
在实际工程计算中一般不用转动惯量而用飞轮矩，不用角速度 而用旋转速度。因此，转动惯量表示为
GD 2 J m 4g
2
角速度化为旋转速度的形式：
2n / 60
12
2.2
1、运动方程式
电力拖动系统的特性
由以上几式可知，工程计算中运动方程的形式为 GD 2 dn T TL 375 dt 由上式可知： （1）当 T TL 时，转速变化率 dn / dt 0 ，电力拖动系统处 于稳定运行状态，电动机静止或作恒转速运动。 （2）当 T TL 时，转速变化率 dn / dt 0 ，电力拖动系统加 速运行。 （3）当 T TL 时，转速变化率 dn / dt 0 ，电力拖动系统减 速运行。
6
任务1
直流电动机的起动
2、调节电阻
将电动机电枢调节电阻R1调至最大，励磁调节电阻Rf调至最小。
3、观察他励直流电动机的旋转方向、测量启动电流
先接通励磁电源U2，再接通可调直流稳压电源U1，此时，电动机 开始旋转。将电动机的旋转方向、电枢电流值和励磁电流值记录在表 2-1中。
表2-1 他励直流电动机旋转方向的观察和启动电流的测量
U st I st Ra (1.5 ~ 2) I N Ra
随后电压要不断升高，使启动电流和启动转 矩保持在一定的数值上，直到升至额定电压 UN后， 电动机进入稳定运行状态。启动过程的机械特性 如图2-13所示。
图2-13 减压启动 的机械特性图 27
2.3
他励直流电动机的启动和反转
3、电枢回路串电阻启动
2.2
电力拖动系统的特性
2）改变电源电压时的人为机械特性 当磁通为额定值，电枢回路不串联电阻时，改变电枢外加电压的 人为机械特性方程式为
n U Ce N Ra T 2 Ce CT N
由上式可知，降低电枢电压后，理想 空载转速n0与电压U成正比下降，特性曲线 的斜率β 保持不变。因此在降低电枢电压 的情况下，人为特性是一组平行线，如图 2-5所示。
电枢回路串电阻启动是在启动时，电源电压的值保持不变，通 过在电枢回路中串入启动电阻来限制启动电流，并随着转速的上升 逐级将启动电阻短接切除的启动方式。 他励直流电动机串二级电阻启动电路图及其机械特性如图 2-14a、 b所示，其中R1、R2为各级串入的启动电阻。 为了保证启动过程中既有足够大的启动转矩又要限制电流不能 过大，启动过程中通常取
U R n T n0 T n0 n 2 Ce Ce CT
图2-2
他励直流电动机接线图 15
2.2
电力拖动系统的特性
1、机械特性方程式
由于Ce、CT是由电动机结构决定的常数，当U、R、Ф 的数值不变 时，转速n与电磁转矩T为线性关系。他励直流电动机的机械特性如图 2-3所示。
1、恒转矩负载特性
恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩TL与转速n无关的特性， 即TL=常数。根据负载转矩的方向是否与转向有关，恒转矩负载特性 又可以分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两类。
21
2.2
电力拖动系统的特性
（1）反抗性恒转矩负载 该类负载转矩的大小恒定不变，方向总是与 转速的方向相反，即其性质总是起反抗运动的阻 转矩性质，特性曲线为一、三象限内的直线，如 图2-7所示。 （2）位能性恒转矩负载
图2-3 他励直流电动机的机械特性
16
2.2
电力拖动系统的特性
2、机械特性的分类
他励直流电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。 （1）固有机械特性 当电动机中的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻 时的机械特性称为固有机械特性，也称自然特性。由以上条件得到固 有机械特性方程式
n UN Ra T 2 Ce N Ce CT N
2、测量改变励磁回路的调节电阻时的转速
R1调至最小，改变励磁回路的调节电阻Rf，测量相应的转速n，填
入表2-4中，并绘制Rf-n曲线。
表2-4 R f/ Ω n/r/min
改变励磁回路的调节电阻时的转速测量 Rfm 3/4Rfm 1/2Rfm 1/4Rfm 0
10
任务3
改变电动机的转向
将电枢回路调节电阻R1调至最大值，调节转矩到零，断开U1，再 断开U2，使他励电动机停机，然后将电枢或励磁回路的两端接线对调
图2-12 他励直流电动 机的全压启动电路图
2.3
2、减压启动
他励直流电动机的启动和反转
减压启动是为减小启动电流，在启动前降低电动机电枢两端的电 源电压。电动机启动后，随着转速n的上升，电动势Ea也逐渐增大，Ia 相应减小，启动转矩也减小。要保证获得足够的启动转矩(即Tst>TL)， 所以启动时通常把电流限制在（1.5～2）IN范围内，那么启动电压为
二、他励直流电动机启动方法
他励直流电动机的启动方法有全压启动、减压启动、电枢回路串 电阻启动。 25
2.3
1、全压启动
他励直流电动机的启动和反转
全压启动又称为直接启动，就是在直流电动机的电枢上直接接上 额定电压后启动，其电路如图2-12所示。启动转矩为：