2.2.1 他励直流电动机的机械特性

由式（2-3）、式（2-4），知：

式中 n₀——理想空载转速，n₀ =U/（ C_eΦ）；

β——机械特性斜率，β=-R_a/（ C_eC_TΦ2 ）。

当U、Φ、R_a不变时，式（2-6）为直线方程，因R_a ＜＜C_eC_TΦ2 ，故在正常运行范围内Δn=βT数值较小，机械特性是一条稍微下斜的直线，如图2-7所示。

若不考虑磁饱和的影响，机械特性具有硬特性特征，即随着电磁转矩的增加，转速只有微小变化；若考虑磁饱和的影响，直流电动机具有去磁作用，随着负载加大，电枢电流增大，去磁作用增强，使得Φ略为减小，导致n₀增大，同时，βT略有增加但不如n₀变化的影响大，因此对直流电动机的机械特性影响不大。

并励直流电动机的机械特性和他励直流电动机的机械特性相似，不同之处在于当电源电压U变化时，要想使励磁电流I_f保持不变，就需要调节励磁回路的串联电阻，否则随着电源U的改变，将使Φ、n₀和β也发生变化，可见，其机械特性与他励直流电动机的机械特性存在明显区别。

（1）固有机械特性

当电动机电枢两端的电源电压为额定电压、气隙磁通量为额定值、电枢回路不串接电阻R，即U=U_N、Φ=Φ_N、R=0时，直流电动机的机械特性称为固有机械特性，如图2-8所示。此时，其数学表达式为

根据图2-8，直流电动机固有机械特性具有以下特征。

1）固有机械特性为一条下斜直线。

2）硬特性，此时β=R_a/（）较小。

3） T=0，n₀ =U_N/（C_eΦ_N）为额定理想空载转速，I_a =0，E_a =U_N。

4） T=T_N，n=n_N，额定转速降Δn_N =n₀-n_N =βT_N。

5）额定电压下刚起动时，n=0，E_a =C_eΦ_Nn=0，此时电枢电流为I_a =U_N/R_a =I_s，称为起动电流，电磁转矩T=C_TΦ_NI_s =T_s，称为起动转矩。由于R_a很小，起动电流I_s、起动转矩T_s很大，比电枢额定电流、额定转矩大几十倍。因此，往往要求他励、并励直流电动机不得在额定电压下直接起动，为限制起动电流，需要在电枢回路串接合适的电阻，待起动结束后再把所串接的电阻切除掉。

6）当T＜0时，n＞n₀，I_a ＜0、E_a ＞U_N，此时电动机运行在发电机状态。

（2）人为机械特性

根据生产机械的需要，人为调整直流电动机的电源电压、励磁电流、电枢回路串接电阻等参数，直流电动机的机械特性会相应发生变化，称为人为机械特性。

1）电枢回路串接电阻，其机械特性表达式为

式中 R——电枢回路串接电阻。

相应的人为机械特性如图2-9所示，其特点为理想空载转速n₀不变，与固有机械特性相同；斜率β随（ R_a +R）的增大成比例增加，是一组过n₀的放射状直线。

2）改变电枢电源电压，其机械特性表达式为

相应的人为机械特性如图2-10所示，恒转矩负载，U的变化值不高于U_N ，其特点为斜率β不变，与固有机械特性相同，各条人为特性曲线相互平行，硬特性不变；理想空载转速n₀与U成正比。

3）减小气隙磁通量，即在励磁回路中通过调节串接的可调电阻改变励磁电流大小，最终改变气隙磁通量Φ，其机械特性表达式为

相应的人为机械特性如图2-11所示，因在额定励磁电流时电动机的磁路已接近饱和，在额定励磁电流基础上继续增大，气隙磁通量Φ增加不多，故改变气隙磁通量Φ一般都指减少磁通量，即减弱磁通。 U的变化值不高于U_N ，具有特点：n₀∝1/Φ，弱磁通使得n₀升高，具有非线性特征，机械特性变软；β∝1/Φ2，弱磁通使得β加大，具有非线性特征，机械特性变软；人为机械特性是一组不平行、非放射状直线，磁通减弱，人为机械特性上移、变软。

在电枢回路串接电阻和减弱磁通，电动机的人为机械特性都会变软。实际上，由于电枢反应表现为去磁效应，使得电动机的机械特性出现图2-12所示上翘现象。对于容量较小的直流电动机，电枢反应引起的去磁现象不严重，对机械特性的影响不大，可以忽略；对于大容量的直流电动机，为了补偿电枢反应去磁效应，采取在主磁极增加一个绕组（称为稳定绕组），该绕组里的电枢电流产生的磁通可以补偿电枢反应的去磁部分，避免电动机机械特性出现上翘现象。