直流電機閻治安目前一頁\總數三十一頁\編于十五點2二、直流電動機的起動方法

1.電樞回路串電阻啟動

最初起動電流：Ist=U/(Ra+Rst

)最初起動轉矩：Tst=CT

ΦIst

為了在限定的電流Ist下獲得較大的啟動轉矩Tst，應該使磁通Φ盡可能大些，因此啟動時串聯在勵磁回路的電阻應全部切除。有了一定的轉速n后，電勢Ea不再為0，電流

Ist會逐步減小，轉矩Tst也會逐步減小。為了在啟動過程中始終保持足夠大的啟動轉矩，一般將起動器設計為多級，隨著轉速n的增大，串在電樞回路的啟動電阻Rst逐級切除，進入穩態后全部切除。啟動電阻Rst一般設計為短時運行方式。目前二頁\總數三十一頁\編于十五點32.他勵電動機降壓起動

對他勵電動機，可采用專門設備降低電樞回路的電壓以減小啟動電流。串勵與復勵電動機起動方法基本上與并勵電動機相同，即采用電樞回路串電阻的方法減小啟動電流。串勵電動機絕對不允許空載啟動。（下）串電阻啟動設備簡單，投資小，但啟動電阻上要消耗能量；電樞降壓啟動設備投資較大，但起動過程節能。目前三頁\總數三十一頁\編于十五點44-2他勵直流電動機工作特性

工作特性定義：U=UN，If=IfN，電樞回路不串電阻的情況下，負載P2變化時，電機的轉速n、轉矩T、效率η分別隨輸出功率

P2變化的關系曲線。

一、轉速特性n=f(P2)

影響轉速n

的因素有二：（1）電流Ia增大時電樞電阻壓將IaRa也增大，使轉速趨于下降；（2）電流增大時，電樞反應的去磁作用使得磁通Φ下降，使轉速趨于上升。

目前四頁\總數三十一頁\編于十五點5一般電阻壓降的影響較大，所以隨著電流的增大，電動機轉速降低。由于電阻Ra的值很小，所以轉速下降比較平緩。電流增大，電壓恒定時意味著P2增大，所以n=f(P2)是一條較平的下降曲線（硬特性）。

二、轉矩特性T=f(P2)他勵直流電動機在負載變化時，轉速變化很小，可以近似認為T0=常數。

目前五頁\總數三十一頁\編于十五點6如果不考慮轉速的變化，則T=f(P2)為一條直線，考慮到轉速略有下降，所以T=f(P2)為一條略微上翹的曲線。

三、效率特性

η=f(P2)

可以根據本教材小節介紹的方法計算。

目前六頁\總數三十一頁\編于十五點74-3

他勵直流電動機機械特性

機械特性定義：n=f(T)是指U=UN，If=IfN時，改變負載的過程中，轉速n隨電磁轉矩T變化的函數關系。

一、機械特性方程式

n=f(T)

用電樞回路總電阻考慮電刷接觸壓降。

n0L=U/(CeΦ)為理想空載轉速，β=(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)為斜率。

目前七頁\總數三十一頁\編于十五點8二、固有機械特性n=f(T)

U=UN,Φ=ΦN,Rp=0

時的機械特性稱為固有機械特性。其方程為

由于Ra很小，轉矩T增大時，n下降很小，他勵電動機的固有機械特性是一條比較平的下降曲線。（即屬硬特性）

三、人為（人工）機械特性n=f(T)改變三個量U、Φ、Rp之一而其他量不變時可以得到人為機械特性。

（1）電樞回路串電阻時的人為機械特性

對應于不同的Rp可以得到一簇斜率不同的曲線。

目前八頁\總數三十一頁\編于十五點9（2）改變電樞電壓(U<UN)的人為機械特性

斜率不變，理想空載轉速

n0不同的一簇平行線。（3）減少電動機氣隙磁通的人為機械特性

Φ減少時，n0L增大同時β增大。

目前九頁\總數三十一頁\編于十五點104-4

串勵直流電動機的機械特性

串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯，所以Ra是電樞繞組與串勵繞組電阻之和且串勵電流I=Ia，故

令Φ=

KI

,

可得T=CTΦIa=CTKIa2,

電壓不變時，n與成反比當負載轉矩增大時，轉速n下降很快(軟特性)

。上述結論是在負載較小、電流較小電機不飽和的情況下得出的。

目前十頁\總數三十一頁\編于十五點11當電流增加到一定程度時，磁路飽和，變化甚微，n=f(T)

變成斜率不大（特性變硬）的曲線。當負載轉矩很小時，T也很小，n

會達到危險的高值，所以串勵電動機不允許空載啟動和運行。

同樣大的起動電流時，串勵電動機能產生更大的啟動轉矩，常用于啟動較為困難的場合。

串勵電動機的輸出功率變化不大，即該電機過載能力較強。

對于并勵電動機

對于串勵電動機

基本不變。目前十一頁\總數三十一頁\編于十五點124-5

復勵直流電動機的機械特性

復勵直流電動機既有并勵繞組又有串勵繞組。其機械特性介于并勵和串勵電動機之間。如果并勵繞組起主導作用，則特性接近并勵電動機。如果串勵繞組起主導作用，則接近串勵電動機。復勵電動機空載時，由于有并勵繞組接通，所以空載轉速不會太高。目前十二頁\總數三十一頁\編于十五點134-6

負載的機械特性

電動機拖動生產機械運轉，構成一個電力拖動系統，其工作狀況不僅取決于電動機的特性，同時也取決于作為負載的生產機械的特性。生產機械的負載轉矩與轉速之間的關系稱為負載的機械特性。由負載性質決定。一、恒轉矩負載

(1)反抗性恒轉矩負載:

(負載轉矩的大小為常量，與轉速無關)

轉矩方向總是與轉速方向相反，永遠是阻轉矩。

(2)勢能性恒轉矩負載：轉矩方向不隨轉速方向改變。如重力型負載。

二、泵類負載

轉矩的大小與轉速平方成正比。例如：泵，風機等三、恒功率負載

負載轉矩基本上與轉速反比。例如：車床進刀。功率基本不變。目前十三頁\總數三十一頁\編于十五點144-7

電動機穩定運行的條件

最簡單的電力拖動系統就是電動機與直接拖動生產機械負載。二、分析

當電動機拖動系統理想穩定時，則電動機的機械特性與負載的機械特性的交點處轉速將不變。但若遇到某種偶然因素使轉速變化：

1、直流電動機的機械特性曲線下降時；2、直流電動機的機械特性曲線上翹時。三、穩定運行的條件:

dTc/dn>

dT/dn；若不穩定運行則

一、判斷穩定的原則是：

1、直流電動機的機械特性（(1)下降曲線時可穩定運行；(2)上翹曲線時則不穩定運行！用下圖分析）

2、機械負載的機械特性（恒轉矩或變轉矩負載？）目前十四頁\總數三十一頁\編于十五點154-8

直流電動機調速方法

對應于三種人為機械特性，他勵直流電動機的調速方法有三種:

（1）改變電樞電壓U；

（2）改變勵磁電流即改變磁通Φ；

（3）電樞串入電阻Rtj。一、改變電樞電壓調速（適用于他勵式）

如圖設TL不變，其物理過程…。優點：調速后，轉速穩定性不變、無級、平滑、損耗小。便于計算機控制。

缺點：需要專門設備，成本較高。（可控硅調壓調速系統）

目前十五頁\總數三十一頁\編于十五點16三、改變勵磁電流調速（調節勵磁電阻）

減少勵磁電流時，電動機機械特性的斜率增大。如圖設TL不變，其物理過程…。優點：勵磁回路電流小約為(1~3)%IN,損耗小，連續調速，易控制。

缺點：只能上調，最高轉速受機械強度的限制，負載轉矩大時調速范圍小。

二、在電樞回路外串調節電阻調速

調節電阻Rp達到調速目的。如圖設TL、

Φ不變，其物理過程…。優點：設備簡單、操作方便。

缺點：只能降速，低速時變化率較大，電樞電流較大，有損耗。目前十六頁\總數三十一頁\編于十五點17四、改變電動機轉向的方法

要改變電動機轉向，就必須改變電磁轉矩的方向。

T=CT

Φ

Ia根據電動機的工作原理，單獨改變磁場極性（即通過改變勵磁繞組連接）或者單獨改變電樞電流的方向，均可以改變電磁轉矩的方向。故改變轉向的方法：（1）對于并勵電動機，單獨將勵磁繞組引出端接線對調；（2）單獨將電樞繞組引出端接線對調。對于復勵電動機，應將電樞引出端對調或者同時將并勵繞組和串勵繞組引出段分別對調（維持加復勵狀態）。目前十七頁\總數三十一頁\編于十五點184-9

直流電動機的制動

(Retardation)

制動問題：在生產過程中，經常需要采取一些措施使電動機盡快停轉，或者從某高速降到某低速運轉，或者限制位能性負載在某一轉速下穩定運轉，這就是電動機的制動問題。

實現制動有兩種方法，機械制動和電磁制動。

電磁制動是使電機在制動時使電機產生與其旋轉方向相反的電磁轉矩,其特點是制動轉矩大,操作控制方便。直流電動機的電磁制動類型有能耗制動、反接制動和回饋制動。一、能耗制動（1）能耗制動過程B-O

電機：直流電動機；

負載：反抗性恒轉矩負載

目前十八頁\總數三十一頁\編于十五點19制動時電機處于發電狀態，轉子動能轉化為電能消耗在制動電阻上。所以稱為能耗制動。

制動電阻越小，制動開始時產生的制動轉矩就越大。

高速時能耗制動作用較大，低速時應配合機械制動裝置使系統停掉。

（2）能耗制動運行O-C

負載：勢能性恒轉矩負載

目前十九頁\總數三十一頁\編于十五點20采用能耗制動時，工作點從A→B→O,B→O是能耗制動過程，到了O點后，如不采取其他制動措施，則系統會在負載轉矩的作用下反轉，工作點沿著能耗制動曲線到達C后才穩定運行。在C點，電磁轉矩為負，與轉速方向相反是制動轉矩。在C點的運行方式稱為能耗制動運行。

二、反接制動

他勵電動機拖動反抗性恒轉矩負載運行。通過反接閘刀把電源突然反接，同時在電樞支路串入限流電阻R3。

目前二十頁\總數三十一頁\編于十五點21如圖所示，工作點A→B→C，在C點時，n=0。這時應將電源切掉。在B→C的過程中轉速為正，電磁轉矩為負，起制動作用。如果在C點時，電動機的轉矩大于負載轉矩(絕對值)而沒有切除電源，則電動機在電磁轉矩作用下將反向起動，作為反轉的電動機運行。如圖中的D點。對于頻繁正反轉的電力拖動系統，常采用這種先反接制動停車，再反向起動的運行方式，達到迅速制動并反轉的目的。對于要求準確停車的系統，采用能耗制動較為方便。電樞電流式為：(2)電勢反接制動（倒拉反轉運行）

目前二十一頁\總數三十一頁\編于十五點22

他勵電動機拖動位能性恒轉矩負載運行。電樞支路突然串入較大的電阻，則工作點A→B→C→D，D點位于第iv象限，轉速為負，電磁轉矩為正，屬于制動運行。在C點后，負載轉矩大于電磁轉矩，轉速反向，感應電勢也反向，所以稱為電勢反接制動。這種運行方式通常用在起重設備低速下放物體的場合。三、回饋制動

(1)正向回饋制動

直流電動機通過降低電壓減速時，會使得工作點經過第II象限，如圖中的BC段，轉速為正而電磁轉矩為負，電動機運行于制動狀態。電壓下降，使得Ea

>U

,電流方向改變，電能回饋到電源。在電車下坡時，由于重力作用使得電動機轉速高于原來的空載轉速，Ea增大，Ea

>U,即超過U以后，電流反向，進入正向回饋制動狀態。當電車下坡的位能等于電車供給電網的電能（加損耗）時n=c

。目前二十二頁\總數三十一頁\編于十五點23(2)反向回饋制動

他勵電動機拖動勢能性恒轉矩負載運行。反接電源電壓并給電樞支路串入限流電阻。工作點將會穩定在第iv象限。在D點，電動機的轉速高于理想空載轉速，Ea>U，電流流向電源，屬于反向回饋制動。反向回饋制動常用于高速下放重物時限制電機轉速。本章作業：p65題4--2，3，4，5，6，7目前二十三頁\總數三十一頁\編于十五點244-10

直流電機的換向

旋轉著的電樞某元件(線圈)從一個支路轉換到另外一個支路時元件中電流變化的過渡過程稱為換向過程。一、換向過程分析

電刷是支路的分界線。換向剛開始時，元件仍屬于右邊支路，其電流為+ia（右→左）；處于換向過程時，元件被電刷短路，電流大小和方向處于變化的過程中；換向結束時，元件進入左邊支路，其電流已經變為-ia（左→右）。目前二十四頁\總數三十一頁\編于十五點25一個元件換向過程所需的時間就稱為換向周期Th，即一個換向片通過電刷所用的時間。即電流從+ia變到-ia所用的時間即為一個換向周期

Th=0.0005～0.002秒換向問題十分復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產生火化。當火花大到一定程度時可能損壞電機。產生火花的原因除電磁原因外，還有電化學、電熱等因素，至今尚無很成熟的理論。目前二十五頁\總數三十一頁\編于十五點26二、換向元件中的電勢

1．電抗電勢

ex

一般，換向周期非常短暫，電流的變化會在繞組元件中產生自感和互感電勢，兩者的合成電勢稱為電抗電勢，用ex表示。

電抗電勢的性質總是阻礙線圈中電流的變化，亦即ex的方向（據楞次定律）必然力圖與換向前的電流方向相同。或者說電抗電勢是阻礙換向的。

電抗電勢大小反比于換向周期：

2．切割電勢ea

換向元件切割電樞反應磁場，從而產生的切割電勢。其性質也是阻礙換向的，即力圖與換向前的電流方向相同。其大小為:

ea=2WyBalva目前二十六頁\總數三十一頁\編于十五點273．換向極電勢ek換向元件切割換向極磁場，產生的切割電勢。其性質也是幫助換向的，即力圖與換向后的電流方向相同。+

.ek的方向Nn(發電機)換向極4、三種換向情況曲線1——直線換向；曲線2——延遲換向；曲線3——加速換向；Th－t01Thti+

ia－

ia23t延遲換向時經換向片1的電流密度為：將使后刷邊的火花大。延遲換向時經換向片2的電流密度為：*#若加速換向則使前刷邊的火花大。目前二十七頁\總數三十一頁\編于十五點28三、影響換向的因素

電磁因