本文將以有刷直流電機(jī)為例，探討有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)載、有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速、有刷直流電機(jī)的電機(jī)電流之間的關(guān)系。

轉(zhuǎn)矩負(fù)載、轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流之間的關(guān)系

有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)載、轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流的關(guān)系為：當(dāng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載為零時(shí)，電機(jī)以最大轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)施加轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)與轉(zhuǎn)矩負(fù)載的大小成反比下降；當(dāng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載為零時(shí)，電機(jī)電流最小，電機(jī)電流會(huì)與轉(zhuǎn)矩負(fù)載成比例地增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，電機(jī)電流最大。

基于有刷直流電機(jī)連接電源后的等效電路，各關(guān)系用公式來表示如下。

Ea：電源電壓
Ia：電機(jī)電流
R：電機(jī)的等效電阻
L：電機(jī)的等效電感
Ec：電機(jī)的發(fā)電電壓

在該等效電路中的DC關(guān)系為：

Ea＝Ia×R＋Ec ……（1）

另外，由于電機(jī)的發(fā)電電壓Ec與轉(zhuǎn)速成反比，因此可以表達(dá)為：

Ec＝Ke×N ……（2）※N：轉(zhuǎn)速 [rpm]，Ke：反電動(dòng)勢常數(shù) [V/rpm]

此外，由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩T [N?m]與電機(jī)電流成反比，因此可以表達(dá)為：

T＝Kt×Ia ……（3）※Kt：轉(zhuǎn)矩常數(shù) [N?m/A]

將公式（1）～（3）代入，整理后導(dǎo)出轉(zhuǎn)速N和轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系：

N＝Ea/Ke－R/(Kt×Ke)×T ……（4）

將公式（4）中轉(zhuǎn)速N與轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系（T-N特征）和公式（3）中轉(zhuǎn)矩T與電流I之間的關(guān)系（T－I特性），繪圖表示如下：

當(dāng)對電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，轉(zhuǎn)速最大；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩逐漸增加時(shí)，轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成比例地降低，并在某一負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)速變?yōu)榱恪＿@個(gè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩就是最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

電機(jī)電流與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成反比增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速變?yōu)榱銜r(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩最大。

在實(shí)際的電機(jī)中，即使在無負(fù)載狀態(tài)下，由于電機(jī)本身的摩擦等，也可能被施加輕微的電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此，即使是電機(jī)最大轉(zhuǎn)速時(shí)，電流也不會(huì)變?yōu)榱悖窃趯?shí)線的框內(nèi)。如果是在理想狀態(tài)下，電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩能夠變?yōu)榱愕脑挘瑒t會(huì)呈現(xiàn)虛線的特性。

當(dāng)電源電壓提高時(shí)，T-N特性將會(huì)向右上方平行移動(dòng)，最大轉(zhuǎn)速和最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加。對于T-I特性來說，最大電流值會(huì)增加。