直流电动机机械特性验证

论文导读：直流电动机的电枢对于可控整流电路来说是反电动势性质的负载，会导致晶闸管导通时间变短，输出电流断续，电动机机械特性将变软，因此，理论上讲应在主回路中加入平波电抗器。加与不加平波电抗器会对直流电动机机械特性会造成什么影响，本文通过实验给予了明确答复。其机械特性，在电枢电流连续时是一条较硬的曲线，在电枢电流断续时，则是一条很软的曲线。验证过程：以三相半波可控整流输出电压来为直流电动机供电，直流电动机作为原动机带动直流发电机转动，在发电机输出回路串入可变电阻和电流表通过改变电阻大小从而改变了负载的大小，当开关S断开（相当串入平波电抗器，电流连续），分别记录控制角是30°、45°、60°、75°电流表和转速表对应的值，然后再改变负载大小并记录其值。
关键词：晶闸管，直流电动机，机械特性，验证
 

摘要： 直流电动机的电枢对于可控整流电路来说是反电动势性质的负载，会导致晶闸管导通时间变短，输出电流断续，电动机机械特性将变软，因此，理论上讲应在主回路中加入平波电抗器。加与不加平波电抗器会对直流电动机机械特性会造成什么影响，本文通过实验给予了明确答复。

0引言

晶闸管—直流电动机调速系统，具有调速范围大、调速特性好、易控制和效率高等优点，是近代发展较快的调速系统。其机械特性，在电枢电流连续时是一条较硬的曲线，在电枢电流断续时，则是一条很软的曲线。现以三相半波可控整流电路为例来分析这两种情况。

1 理论分析：

1）电流连续时的机械特性：

1—a1—b

[1]如图1—a所示，当串入较大的平波电抗器时，电流连续，输出电流波形可认为是一条平滑的直线，据此可以得出如下方程：

直流电动机电压方程：Ud=E+RaId 1—1

直流电动机机械方程：

n =Ud /(CeФ)-RaId /(CeФ)1—2

可控整流平均电压：

Ud =1.17U2cosa（3/2л）XTId -△UT1—3

以上各式整理可得：

n = 1/ CeФ(1.17U2cosa -R∑Id- △UT)= n′0 - △n

式中 ： R∑—电枢回路总的等效电阻 R∑= 3XT/2л+ RT + Ra = Ri+ Ra

Ri—整流变压器等效内阻；Ra—电枢电阻；

△UT—晶闸管的通态平均压降，约为 1V， 通常忽略不计；

Ф—磁通；

E — 电动机反电动势。免费论文网。

从式（ 1—2）可见， 当控制角 a 一定时，电动机转速n 与负载电流Id成线性关系，如图（ 1—b ）所示。图中虚线是假设电流是连续时画出的，实际上，当负载电流小于某一数值时，电流就不连续，其机械特性不再是这条，而是要按电流断续出现的情况去分析。所以n′0称为电流连续时假想的理想转速， 而实际的理想转速应比n′0 高得多。同时由式（1—2）和图（1—b）可看出，通过改变控制角a ，就可以调节电动机的转速。

2）电流断续时的机械特性：

当电流不连续时可以通过推导得出如下关系式：

根据以上两式得知： 在某a值时，给出不同的 Ф值，便得出一组n和Id的数值。再根据这些数就可作出在该a 值时，断续电流的电动机机械特性， 如图（2—b）实线段所示。

2—a2—b

由图（2—b）可看出，电流断续时机械特性与电流连续时有很大不同，电流断续时机械特性随着负载电流Id 的减小而转速急剧上升，它与直流串励电动机的机械特性相似。

2 实验验证：

利用浙江大学方园科技公司生产的电力电子实验装置，设计如下实验电路（下图所示）进行验证。免费论文网。

验证过程：以三相半波可控整流输出电压来为直流电动机供电，直流电动机作为原动机带动直流发电机转动，在发电机输出回路串入可变电阻和电流表通过改变电阻大小从而改变了负载的大小，当开关S断开（相当串入平波电抗器，电流连续），分别记录控制角是30°、45°、60°、75°电流表和转速表对应的值，然后再改变负载大小并记录其值。同理测量当开关S闭合时（相当不用平波电抗器，电流断续）的数据，并记录在下表中。

表1开关S断开时数据

表2开关S闭合时数据

依此绘出直流电动机机械特性曲线：

3 结论：

1）通过以上实测数据和我们绘制的曲线图作比较可以看出。通过改变控制角a ，就可以调节电动机的转速。

2）当串入平波电抗器时电动机中的电流是连续的，改变负载的大小时，电动机转动均匀且转速随负载变化很小。从而判定电流连续时其机械特性较硬。

3）当回路中没有电抗器时电动机中的电流是断续的，改变负载大小时，电动机的转速有明显的变化，机械特性较软。免费论文网。同时，电机转动噪音较大。

4）因此，在正常使用时要在电动机回路中串入平波电抗器，以便提高电动机的机械特性。

参考文献：《电力电子变流技术》 西安交通大学 黄俊 王兆安 编
[1] [收稿日期]2009年12月1日