04--01 第4章 直流电动机(zh)

串励机械特点：
•电压不变时，n与sqrt(T)反比，当负载转矩增大时，转速n下降很快。(软特 性) •上述结论是在负载较小、电流较小电机不饱和的情况下得出的。 •并励电动机的n = f (T) 是斜率很小的一次曲线。（硬特性） •当负载转矩很小时，T也很小，n会达到危险的高值，所以串励电动机不允许 空载启动和运行。
U=UN, Φ=ΦN, Rp=0时的机械特性称为固有机械特性。其方程为 :
n UN CeN
CeC R Ta2 NT
4.3.3 人为机械特性
改变三个量U、Φ、Rp之一而其他量不变时可以得到人为机械特性。 1、电枢回路串电阻时的人为机械特性
n UN RaRp T CeN CeCT2 N
对应于不同的Rp可以得到一簇斜率不同的曲线。
直接启动电流：Ist=U/Ra 10~20倍IN
问题：电源电流有限制、电机换向困难
一般直流电动机瞬时过载电流不得超过（1.5~2）IN
4.1.0 全压直接启动
加全压启动，启动电流
Ia
U Ra
达十倍以上额定电流，仅用于小型电机。
优点：操作简单，不需启动设备。
缺点：冲击电流太大
1、对电网电压影响
2、对电机本身影响
U = CeΦ n+IaRa+2ΔUs n=(U-2ΔUs-IaRa) / (CeΦ)
影响转速n的因素有： 1）电流Ia增大时电枢电阻压将IaRa也增大，使转速趋于下降； 2）电流增大时，电枢反应的去磁作用使得磁通Φ下降，使转速趋于上升。
一般电阻压降的影响较大，所以随着电流的增大，电动机转速降低。由于
U IStRa RSt
采用分段切除电阻，可使电机在启动过程中获较大加速，且加速较均匀，缓和 有害冲击。
切除可手动完成，也可自动完成。 优点：启动设备简单，操作方便。 缺点：电能损耗大，设备笨重
4.1.2 降低电枢电压启动
开始启动时将低电压，则 限制在一定范围内。
Ia
U Ra
，并使
Ia
采用降压启动时，需专用调压电源，直流发电机， 或可控硅整流电源。 用发电机，调节励磁达到调压； 用可控硅整流电源，用触发号控制输出电压。 优点：启动电流小，能量损耗小， 缺点：设备投资大。
4.1.3 改变直流电动机转向的方法
T CT Ia
影响转矩符号的因素： 1、磁通 2、电枢电流
4.2 他励直流电动机的工作特性
工作特性：U=UN，If=IfN，电枢回路不串电阻的情况下，负载P2变化时，电 机的转速n、转矩T、效率η分别随输出功率P2变化的关系曲线。
4.2.1 转速特性 n=f(P2)
4.4 串励直流电动机的机械特性

出发点：
U n
CeN
CeC R Ta2 NT
串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，所以Ra是电枢绕组与串励绕组电 阻之和且串励电流 I = Ia，故T=CTΦIa=CT K Ia2, 解出Ia并带入上式可得：
U n
R a C TKUR a
C eKaI C eK C eKT C eK
4.2.3 效率特性 η = f (P2)
参见一般直流电机效率曲线 ，不变损耗与可变损耗相等时有最大值 。
他励电动机工作特性
4.3 他励直流电动机的机械特性
机械特性：n=f(T)是指U=UN，If=IfN时，改变负载的过程中，转速n随电磁转矩 T变化的函数关系。
4.3.1 机械特性方程 n=f(T)
按电动机惯例，列写回路电压方程：
U=Ea+Ia(Ra+ Rp) Rp: 电枢回路串入的电阻
T CT Ia
用电枢回路总电阻考虑电刷接触压降。
n=[U-(Ra+Rp)Ia]/(CeΦ) （来自于电压平衡方程）
Ia=T/(CTΦ)
n=U/(CeΦ)-(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)×T = n0L-kT
只适用于小型电动机启动
4.1.1 电枢回路串电阻启动
为限制启动电流，在启动时将启动电阻串入电枢回路，待转速上升后，再逐 级将启动电阻切除。
U
S
S1 S2 S3
M
R a R st 1 R st 2 R st 3
只要 选R S择t 适当，能将启动电流限制在允许范围内，随n的上升可切除一段电阻。
串入变阻器时的启动电流为：
04--01 第4章 直流电动机(zh)
4.7 电动机稳定运行的条件 4.8 他励直流电机调速的方法 4.9 直流电动机的制动 4.10 直流电机的换向
4.1 直流电动机的启动及及改变转向
启动过程的含义
要求： 1、启动转矩足够大； Tst 的指标 2、启动电流不要太大。Ist 的指标 3、启动设备简单、经济、可靠
其中，n0=U/(CeΦ)为理想空载转速，而k=(Ra+Rp)/(CeCTΦ2)为机械特性的斜率 。
一般写法：
n
U Ce
R CeCT 2
T
n0 kT
n
n0
n
nN
'
0
T
T0
TN
n 0 称为理想空载转速
。 实际空载转速
n0
U
R
CeCeCT2 T0
4.3.2 固有机械特性方程
改变三个量U、Φ、Rp 中任意一个，可以改变机械特性曲线形状。
电阻Ra的值很小，所以转速下降比较平缓。电流增大，电压恒定时意味着P2增 大，所以n=f(P2)是一条较平的下降曲线（硬特性）。
4.2.2 转矩特性 T = f (P2)
T=T2+T0=P2/(2πn/60) + T0 他励直流电动机在负载变化时，转速变化很小，可以近似认 为T0=常数。
如果不考虑转速的变化，则T=f (P2)为一条直线，考虑到转速略有下 降，所以T=f (P2)为一条略微上翘的曲线。
特点：1）n 0 不变， 变大； 2） 越大，特性越软。
2、改变电枢电压的人为机械特性
U n
CeN
CeC R Ta2 NT
特点：1)n 0 随U 变化, 不变;
2)U不同,曲线是一组平行线。
2、减少气隙磁通的人为机械特性
n UN Ce
CeC RTa2
T
特点：1）弱磁，n 0增大；
2）弱磁，增大
• 同样大的起动电流时，串励电动机能产生更大的启动转矩，常用于启动较为困难的 场合。 • 串励电动机转矩增大时转速在减少，功率增加缓慢，故该电机过载能力较强。
4.5 复励直流电动机的机械特性
•复励直流电动机既有并励绕组又有串励绕组。其机械特性介于并励和串励电动机 之间。 •如果并励绕组起主导作用，则特性接近并励电动机。如果串励绕组起主导作用， 则接近串励电动机。 •复励电动机空载时，由于有并励绕组接通，所以空载转速不会太高。