直流電機機械特性的估算

現在，直流電動機在許多工業部門得到廣泛應用。在設計電動機拖動系統時，首先應知道所選擇電動機的機械特性n=f(M)，而在電動機的產品目錄或銘牌數據中卻沒有給出機械特性方面的數據。不過，我們可以利用產品目錄或銘牌中給出的數據估算出機械特性，了解了固有機械特性，其他各種特性也就能弄清楚了。現以目前使用較廣泛的并勵電動機（圖1）為例來進行說明。

并勵直流電動機的機械特性是指當電源電壓V、勵磁電流If以及電框回路均為常數時，電動機的電磁轉矩及轉速n之間的關系為：

式中：為理想空載轉速

為機械特性的斜率

其中，Ce—電動機的電動勢常數；

Φ—電動機每個磁極的氣隙磁通；

CN—電動機的轉矩常數。

從上式可知：并勵電動機的固有機械特性是一條斜直線（圖2）。

很顯然，如果事先知道這條直線上的兩個特殊點，例如理想空載點（n0，o）和額定工作點（nN，MN），通過這兩點聯成的直線，就得到固有機械特性。

上述兩個特殊點中，額定轉速nN能從產品目錄或者電機的銘牌數據中找到，而理想空載轉速n0、額定轉矩MN都是未知的，應設法求得。

已知理想空載轉速n=VN/（CeΦn）：

其中，

從式中看出，如果能知道額定電樞電動勢EaN或知道電樞回路電阻Ra，便可算出CeΦN，從而計算出理想空載轉速n0，有如下兩種辦法。

一是根據經驗估算額定電樞電勢EaN。我國目前設計的直流電動機額定電樞電動勢與額定電壓VN有一定比值，即EaN=(0.93～0.97)VN，其中小容量電動機取小的系數，一般中等容量電動機取0.95左右。

二是根據所選直流電動機，實測它的電樞回路電阻Ra。對于電樞回路電阻Ra，不能用萬用表直接測正、負電刷之間的電阻，因為電刷與換向器表面接觸電阻是非線性的，電框電流很小時，表面電阻值很大，不反映實際情況。故一般采用降壓法測量，即在電樞回路中通入接近額定電流（圖3），用低量程電壓表測量正、負電刷間的壓降，除以電樞電流，即為電樞回路電阻（包括電樞回路電阻Ra及限流電阻Rs）。實測時，勵磁繞組要開路，并卡住電樞不使其旋轉。但是再測量過程中，可以讓電樞轉動幾個位置進行測量，然后取加權平均值。

這種實測電樞回路電阻Ra的辦法，只適用于小容量的電動機。當電動機容量較大時，測量時有一定的困難，如電源、圖3的限流電阻Rs的容量等等。但對中型電動機用第一種方法估算Ea更好。

關于額定轉矩MN可以按下式進行計算：

MN=CMΦNIN=9.55CeΦNIN

值得注意的是直流電動機轉軸上輸出轉矩M2N為：

其中PN——額定轉矩功率（kW）

nN——額定轉速（r/min）

M2N與MN兩者不相等，即MN=M2N+M0是空載轉矩。

根據銘牌數據求電機的固有機械特性，可按如下的步驟進行：第一步：估算EaN或實測Ra，第二步：計算CeΦN，第三步：求no，第四步：計算MN0，最后在坐標紙上標出（no，o）、（nN，MN）兩點，過此兩點聯成直線，即為直流電動機的固有機械特性。

但對于串勵直流電動機的機械特性，則不能用上述方法估算，因為其轉速n大致上與成反比，機械特性呈非線性關系，且特性很軟。