学习手册(直流电动机控制技术)

得：
n
U K EΦ
KT
Ra K EΦ
2
T
其中
n
KT
Ra K EΦ 2
T
。
《纯电动汽车构造与检修》在线课程
n n0 n =
U K EΦ
KT
Ra K EΦ
2
T
式中理想空载转速：
n0
U K EΦ
，转速降为： n
KT
Ra K EΦ
2
T
；
n= f (T) 特性曲线
图 2-17 直流并励电机固有机械特性曲线 从图 2-17 可以看出，其同步转速为 n0，随着转矩的增大，转速降低。但转速 n 的变化 不大，机械特性比较硬。
方向与外部电源方向相反。
直流电动机按励磁方式分为并励、他励、串励和复励四种。我们分析固有机械特性时就
按这四种来逐一分析。其中并励和他励又有相似之处，所以我们分析并励、串励、复励三种。
首先我们讨论直流并励电动机固有工作特性。
1. 转矩特性（T=f(Ia)）
图 2-15 并励电动机电气原理图 图 2-15 为并励电动机电气原理图。励磁绕组和电枢绕组都由一个电源供电。其中电枢回 路中有：U=E+IaRa。→Ia=(U-E)/Ra。励磁回路有：If=U/Rf。 I= Ia + If ≈Ia 当电源电压 U 和励磁回路的电阻 Rf 一定时, 励磁电流 If 和磁通不变，即= 常数。则: T=KT Ia = KT Ia 即：并励电动机的磁通 = 常数，转矩与电枢电流成正比。如图 2-16 所示。 并励 直流电动机的转矩与电流大小成正比。
3. 机械特性： n f(T)
由n
U
Ra
和 T K ΦI
K E KIa K E K
T
K I 2 得： n U b 。串励电动机在负载变化时，
a
Ta
aT
转速 n 的变化大—软机械特性。适合于拖动启动频繁、负载变化大的负载。当负载增加时，
转速快速下降，当负载减小时，转速快速上升，这样不仅可以确保安全，而且可以提高生产
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直流电动机控制技术
直流电动机具有良好的调速性能，在本次任务中要学习直流电动机的固有机械特性、人 为机械特性。根据直流电动机的机械特性确定直流电动机的调速方法。最后学习直流电动机 的制动方法。
相关知识 一、直流电动 机固有机械特性
电动机的机械特性指的是电动机转子转速与电磁转矩之间的关系。电动机的固有机械特 性指的是在额定条件（额定电压 UN 和额定磁通 N )下和电枢电路内不外接任何电阻时的 n=f(T)，即转速与转矩之间的关系。不同励磁方式的电动机，其运行特性也不尽相同。图 2-14 为 他励直流电机电气原理图。
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二、直流电机的人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压 U 和励磁磁通 Φ的大小以及电枢回路
串接附加电阻 Rad 所得到的机械特性。 根据直流电动机转速方程：U=E+IR=Ken+IR。得：
n
UKe-
IR
n0
KeRI
式中 n — 转速（r/min）；
图 2-16 并励电机电流-转矩图 2. 转速特性（ n f(Ia ) ）
由公式：U=E+IaRa,E=KEФn,T=KTФIa 得：n
U K EΦ
Ra
I KEΦ a
式中 U n0 ：理想空载转速。可见电枢电流增大、转矩增加的同时转速会成比例降低。 K EΦ
3. 机械特性( n f(T) )
n U Ra Ia 和 T KTΦIa KEΦ KEΦ
图 2-14 他励直流电动机电气原理图 外部为他励电动机提供的电枢电压为“U”，励磁
大小。
电压为 Uf。通过 Rf 可以控制励磁电流的
电枢回路中外部电源提供“U”电压，产生电流 I。电动机转速为 n。电动机电磁转矩为 T，
此时处于电动机拖动负载运转，电磁转矩方向与转速方向相同。转子产生的电动势为“E”， 其
ΔnN n0 nN 100% ，nN 很小，大约为 3%~8% 。 nN
现在我们再来讨论串励直流电动机。
图 2-18 串励直流电机电路图
特点： Ia I f ， f(Ia ) 。
1. 转矩特性： T f(Ia )。
பைடு நூலகம்
当
I a
较小时，铁心不饱和。 Φ
KI a
，T
K ΦI Ta
K I 2 Ta
；当
I 较大时，铁心饱和。 a
电阻时的人为特性 ： U U N , N
图 2-21 他励直流电机原理图 图 2-21 为他励直流电机电枢回路串电阻原理图。在电枢回路中串入 Rad 电阻。电压平衡
方程式为：
U N E Ia (Ra Rad ) 。得到的人为机械特性方程式为： n U N K e N
Ra Rad T Ke K t2N
U — 电枢电压（V）；
I — 电枢电流（A）；
R — 电枢回路总电阻（）； — 励磁磁通（Wb）； Ke— 由电机结构决定的电动势常数。 根据上式可知：要改变电机转速，可以改变
电枢回路电流（在电枢回路中串入电阻）、
改变电枢回路电压和改变励磁磁场强度等方法。 下面我们对三种方法一一
讨论。我们以他励直流电机为例来进行讨论。 1.电枢回路中串接附加
T KTΦIa ，与并励类似。
2. 转速特性： n f(Ia )
当 Ia 较小时，： Φ KIa ，根据 n U Ra Ia 可得： n U Ra
KEΦ KEΦ
K E KIa K E K
根据上式可得出如图 2-19 所示的电机转矩与电流特性。
图 2-19 串励直流电机电流-转矩图 从上式可见，当轻载时串 励电动机的转速急剧上升，将导致电动机的损坏，所以串励电 动机不允许轻载运行，一般最低负载不小于额定负载的 30%。 当 Ia 较大时，铁心饱和，与并励类似。
效率。
最后我们讨论复励直流电机的固有机械特性。
图 2-20 复励电机电路图 图 2-20 为复励电机模拟电路图。复励电机有串励和并励两种励磁组成。他的工作特性介 于并励和串励之间。如果并励绕组磁通势起主要作用，其工作特性与并励电动机工作特性接 近。如果串励绕组磁通势起主要作用，其工作特性与串励电动机工作特性接近。但因为有并 励绕组磁通势的存在，磁通不会趋近于零，所以空载或轻载时，仍能正常运行。
。
由上式可知：理想空载转速不变。当串入电阻越大时，转速随转矩的增加而下降的越快。根
据上式可得下面的图形。如图 2-22 所示。
图 2-22 电枢回路串电阻机械特性图 在图 2-22 中，Rad 越小，机械特性就越硬。在输出转矩相同的情况下，串入电阻越大，n 越大，转速越低。所以我们也可以通过电枢回路串入电阻方式来降低转速。