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电 压 降 低
所以调速特性是一
2.改变电枢电压调速的特点
（1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超
一、 电枢中的感应电动势
电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁 场中转动起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线 圈中产生感应电动势（用E表示）。
电刷
FE
+
N IE
U
F
I
电刷
FE
+
N IE
U
F
I
–
S
换向片
根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反， 其大小为：
KE：与电机结构有关的常数
二、 电枢绕组中电压的平衡关系
(2) 恒功率负载（P 一定时，T 和 n 成反比）， 要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
7.2.6 直流电动机的调速
与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价 格高，维护不方便，但它的最大优点是调速性能好。
直流电动机调速的主要优点是：
（1）调速均匀平滑，可以无级调速。 （2）调速范围大，调速比可达200 （他励式）以上
（调速比等于最大转速和最小转速之比）。
一、改变磁通（调磁）
1.原理
If
Ia
Uf M U
他励
nn0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
其中： =K If
由该式可知，n 和 有关，在 U 一定的情
nn0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
If的调节有两种情况：
• Rf If n ，但在额定情况下， 已接 近饱和，If 再加大，对 影响不大，所以这种增加
第七章
直流电动机 单相异步电动机
第七章 电动机
§7.2 直流电动机
7.2.1 概述 7.2.2 工作原理 7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系 7.2.4 电磁转矩 7.2.5 机械特性 7.2.6 直流电动机的调速
7.2.1 概述
与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使 用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。
电刷
FE
+
N IE
U
F
I
–
S
换向片
直流发电机
用右手定则判 感应电动势Ea的方向
E
+ Ia N
E
电枢绕组
U
电阻Ra
–
S
二、 直流电机的构成
直流电机由定子、转子和机座等部分构成。 机座
磁极
转子
励磁 绕组
1. 转子（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。
2. 定子 定子的分类： 永磁式：由永久磁铁做成。 励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。
磁通的办法一般不用。
• Rf If n ，减弱磁通是常用的调速方
法。
2.特性的变化
nn0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
n
n
n0n0'
' '
0
（
Rf
增减 加小
）
TL
T
nn0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
调速过程: U一定,则
Rf
E
Ia
Ia
E
n
T
3.减小 调速的特点：
nnN0
n
T
T
二、 串励电动机的机械特性
串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。
设磁通和电流成正比，即 =K Ia ,则
E
K
Φn
E
KE KΦIan
T KTΦIa KT KΦIa2 n
U E Ia Ra
U Ia M
ห้องสมุดไป่ตู้串励
n KTU Ra
T
串励特性： (1) T=0时，在理想情况下，n。但实际上负
因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。
UEIaRa
U：外加电压 Ra:绕组电阻
+
Ra
+
Ia
U
ME
–
–
以上两公式反映的概念：
(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想
改变E，只能改变 或 n。 EKEn
7.2.4 电磁转矩
一、电磁转矩 T KTΦIa
KT：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）
例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL+ T0(平衡)，这时， 若TL突然增加，则调整过程为：
TL
n
E
T
Ia
最后达到新的平衡点。
UEIaRa
T KTΦIa
7.2.5 机械特性
机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，
下边以他励和串励电机为例说明。
If
Ia
一、 他励电动机的机械特性
Uf M U
他励电动机和并励电动机的特性一样。
U E IaRa
E
K
Φn
E
T K T ΦI a
他励
nKUEΦKTK RaEΦ2 T
nn0 n 其中
n0
U
K
Φ
E
，n
Ra
KT KEΦ2
T
n0： 理想空载转速,即T=0时的转速。（实际工作 时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）
n
根据 n-T 公式 画出特性曲线
（1）调速平滑，可做到无级调速，但只能向上调， 受机械本身强度所限，n不能太高。
（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多）， 调节控制方便。
二、改变电枢电压调速
1.特性曲线
nn0 n
其中
n0
U
K
Φ
E
，n
KT
Ra
KEΦ2
T
n
由转速特性方程知： n0
调电枢电压U，n0 变化，斜率不变，
n0' n0"
：线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
单位： （韦伯），Ia（安培），T（牛顿•米）
由转矩公式可知：
二、 转矩平衡关系
电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外 加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即
TTL T0
TL： 负载转矩 T0 ：空载转矩
转矩平衡过程：当负载转矩（TL）发生变化时， 通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁
根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的 直流电机又可细分为：
他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
If
Ia
If
7.2.3 电枢电动势及电压平衡关系
载转矩不会为 0，不会工作在 T=0 的状态，
但空载时 T 很小，n 很高。串励不允许空载
运行，以防转速过高。 (2) 随转矩的增大，n 下降得很快，这种特性属
软机械特性。
n
直流电动机特性类型的选择: (1) 恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）要 选硬特性的电动机，如： 金属加工、起重机 械等。
直流电机的优点：
（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。 （2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。 （3）易于控制。
应用：
（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等
7.2.2 工作原理
一、 工作原理
电刷
+ U
N I
I
–
S
换向片
电刷
+ U
F N
I
F I
–
S
换向片
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转 动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。