第三章 他励直流电动机的起动
他励直流电动机的启动方法
他励直流电动机的启动方法
嘿，朋友们！今天咱就来好好聊聊他励直流电动机的启动方法。
你看啊，就像我们人跑步前要先热热身一样，他励直流电动机启动也得有合适的法子。
直接全功率启动？那可不行哦，就好比让一个还没准备好的人突然冲刺，肯定得出问题呀！
先来瞧瞧电枢回路串电阻启动吧。
这就像给电动机加上了一个缓冲带，让它慢慢加速，不至于一下子受不了。
你想想，要是你猛地让一辆车从静止飙到高速，车能吃得消吗？肯定不行嘛！比如说一个工厂里的大型设备，用这种方法启动，就能平稳地进入工作状态啦，多棒呀！
还有降低电源电压启动呢。
这就好像轻轻推着电动机往前走，让它循序渐进地动起来。
举个例子，要是你去推一个很重的东西，你肯定也是慢慢地加大力气，而不是一下子使猛劲吧。
这种启动方法对电动机的冲击小了很多，能更好地保护它呢。
哎呀，咱说了这么多，总结一下就是，选用合适的启动方法对他励直流电动机来说太重要啦！就像给它找了一条最合适的路，让它能顺顺利利地跑起来呀。
可别小瞧这些方法，用对了，那电动机就能长久稳定地工作，要是
用错了呀，说不定啥时候就出毛病啦。
所以呀，大家一定要好好记住这些启动方法，让我们的他励直流电动机发挥出最大的作用！。
他励直流电动机起动方法(一)
他励直流电动机起动方法(一)他励直流电动机起动1. 简介•了解他励直流电动机起动的基本原理•探讨为什么需要使用他励直流电动机2. 常见起动方法钥匙启动•使用钥匙来启动他励直流电动机•需要先将钥匙插入启动开关，然后拧动键位来启动电动机按钮启动•使用按钮来启动电动机•按下按钮后，电动机会被启动，可以通过调节按钮的位置来调整启动电流和加速度脚踏启动•使用脚踏来启动电动机•脚踏启动器通常连接到电动机控制台的底部，通过踩踏脚踏来启动电动机3. 特殊起动方法遥控启动•使用遥控器来启动电动机•遥控启动器通常是通过无线方式与电动机控制台连接，通过按下遥控器上的按钮来启动电动机变频起动•使用变频器来启动电动机•变频器可以调节电动机的转速和起动过程中的电流变化，提供更精确的控制感PLC控制启动•使用PLC（可编程逻辑控制器）来启动电动机•通过编写PLC程序，控制电动机的启动过程，可以根据实际需求进行灵活调整和自动化控制4. 结论•了解不同的他励直流电动机起动方法•根据实际需求选择合适的起动方式•在电动机起动过程中，注意安全和效率的平衡以上是针对”他励直流电动机起动”的相关内容介绍，希望可以对您有所帮助。
5. 选用适当的起动方法在选择适当的起动方法之前，需要考虑以下几个因素：动力需求•评估所需的起动电流和加速度•不同起动方法对电动机的动力需求有所不同，根据实际情况选择合适的方法控制要求•考虑是否需要对起动过程进行精确的控制•如果需要精确控制电动机起动过程中的转速和电流变化，可以选择使用变频器或PLC控制启动方便性和安全性•考虑操作的方便性和安全性•钥匙启动和按钮启动较为常见，操作简单方便，但可能缺乏精确控制•脚踏启动需要特定的脚踏装置，操作相对不太方便•遥控启动可以远程操作，但需要有相应的遥控器和接收器自动化需求•考虑是否需要自动化控制电动机的起动过程•如果需要自动化控制，可选择使用PLC控制启动，并根据实际需求编写相应的PLC程序综合考虑这些因素，选择适合自己需求的起动方法是关键。
直流电动机控制电路
直流电动机控制电路一、直流电动机的启动1.并励直流电动机的启动并励直流电动机的启动控制电路如图1-15所示。
图中，KA1是过电流继电器，作直流电动机的短路和过载保护。
KA2欠电流继电器，作励磁绕组的失磁保护。
启动时先合上电源开关QS，励磁绕组获电励磁，欠电流继电器KA2线圈获电，KA2常开触点闭合，控制电路通电；此时时间继电器KT线圈获电，KT常闭触点瞬时断开。
然后按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈获电，KM1主触点闭合，电动机串电阻器R启动；KM1的常闭触点断开，KT线圈断电，KT常闭触点延时闭合，接触器KM2线圈获电，KM2主触点闭合将电阻器R短接，电动机在全压下运行。
2. 他励直流电动机的启动（见图1-16）图1-15 并励直流电动机启动控制电路图1-16 他励直流电动机启动控制电路3. 串励直流电动机的启动（见图1-17）图1-17 串励直流电动机启动控制电路请注意，串励直流电动机不允许空载启动，否则，电动机的高速旋转，会使电枢受到极大的离心力作用而损坏，因此，串励直流电动机一般在带有20%~25%负载的情况下启动。
二、直流电动机的正、反转1.电枢反接法这种方法是改变电枢电流的方向，使电动机反转。
并励直流电动机的正、反转控制电路如图1-18所示。
启动时按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈获电，KM1常开触点闭合，电动机正转。
若要反转，则需先按下SB1，使KM1断电，KM1连锁常闭触点闭合。
这时再按下反转按钮SB3，接触器KM2线圈获电，KM2常开触点闭合，使电枢电流反向，电动机反转。
2.磁场反接法这种方法是改变磁场方向（即励磁电流的方向）使电动机反转。
此法常用于串励电动机，因为串励电动机电枢绕组两端的电压很高，而励磁绕组两端的电压很低，反转较容易，其控制电路如图1-19所示。
其工作原理同上例相似，请自己分析。
图1-18并励直流电动机正,反转控制电路图1-19串励电动机正,反转控制电路三、直流电动机的制动在实际生产中有时要求机械能迅速停转，这就要求直流电动机可以制动。
任务3.3 直流电动机的启动、反转、调速与制动
【任务实施】
1.任务实施的内容 直流电动机的启动、反转、调速与制动试验。 2.任务实施的要求 掌握直流电动机的启动、反转方法、调速和制动的方法。 3.设备器材 导轨、测速发电机及转速表，1套；校正直流测功机，1台；他 励直流电动机，1台；直流电压表，2块；直流电流表，3块；可调 电阻器，3只 。 4.任务实施的步骤 (1)他励直流电动机的启动 按图3-37接线。图中他励直流电动机M用DJ15，其额定功率PN ＝185W，额定电压UN＝220V，额定电流IN＝1.2A，额定转速nN＝ 1600r/min，额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测 功机使用，TG为测速发电机。直流电流表A1、A2选用200mA挡， A3 、A4选用5A挡。直流电压表V1、V2 选用1000V挡。
3.他励直流电动机的回馈制动 图3-36(a)是电车下坡时正回馈制动机械特性，这时n＞n0，是 电动状态，其机械特性延伸到第二象限的直线。图3-36(b)是带位 能负载下降时的回馈制动机械特性，直流电动机电动运行带动位 能性负载下降，在电磁转矩和负载转矩的共同驱动下，转速沿特 性曲线逐渐升高，进入回馈制动后将稳定运行在F点上。需要指出 的是，此时转子回路不允许串入电阻，否则将会稳定运行在很高 转速上。
(2)直流电动机的反转 将电枢串联启动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏 上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电 动机停机。在断电情况下，将电枢的两端接线对调后，再按他励电 动机的启动步骤启动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏 转的方向。 (3)调速特性 ①电枢回路串电阻(改变电枢电压Ua)调速。保持U＝UN、If＝IfN ＝常数，TL＝常数，测取n＝f(Ua)。 按图3-37接线。直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调 至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U ＝UN，Ia＝0.5IN，If＝IfN，记下此时MG的IF值。 保持此时的IF值(即T2值)和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降 低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端 电压Ua，转速n和电枢电流Ia，记录于表3.6中。
他励直流电机的启动原理与运行
他励直流电机的运行直流电动机的起动电动机接到规定电源后，转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。
他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。
合闸瞬间的起动电流很大应尽可能的缩短启动时间，减少能量损耗以及减少生产中的损耗起动电流大的原因：１、起动开始时：n=0,Ea=CeΦn=0,２、电枢电流：Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小这样大的起动电流会引起后果：１、电机换向困难，产生严重的火花２、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢３、供电线路产生很大的压降。
变频器整流回路的启动电阻结论：因此必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动起动方法：电枢串电阻启动——起动过程中有能量损耗，现在很少用，在实验室中用降压启动——适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但启动过程中没有能量损耗。
直流启动器电枢串电阻起动：最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩：Tst=ＫＴΦIst启动电阻：Rst＝（UN／λi IN）－Ra为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。
有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst 也会逐步减小。
为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。
起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。
降压起动：对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流。
起动时电压Umin,起动电流Ist：Ist= Umin/Ra< λiIN启动过程中U随Ea上升逐渐上升，直到U=UN串励电动机绝对不允许空载起动。
串电阻起动设备简单，投资小，但起动电阻上要消耗能量；电枢降压起动设备投资较大，但起动过程节能。
《机电传动技术》第三章 直流电机的工作原理及特性
T = TL +T0
转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时， 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电 动机转速、电动势、电枢电流的变化， 动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。 一定， (平衡 此时， 平衡)， 例：设外加电枢电压 U 一定，T=TL (平衡)，此时， 突然增加， 若TL突然增加，则调整过程为 E = KEΦn E↓ ↓ TL ↑ n↓ ↓ T↑
（3）求理想空载转速
根据（0，n0）和（TN，nN）两点，就可以作出他励电动 机的机械特性曲线。
正反转时的机械特性
2 、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、励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电 阻所得到的机械特性。直流他励电动机有三种人 为机械特性。
Ra U n= − T = n0 − ∆n 2 KeΦ Ke Kt Φ
n
d T
– U + 直流电从两电刷之间通入电枢绕组， 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流 方向如图所示 由于换向片和电源固定联接， 如图所示。 方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论 线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里 极有效边的电流方向向里, 线圈怎样转动，总是 极有效边的电流方向向里 N 极有效边的电流方向向外。电动机电枢 极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后 中受力(左手定则 按顺时针方向旋转。 左手定则)按顺时针方向旋转 中受力 左手定则 按顺时针方向旋转。
转子
转子部分：转子又称为电枢，包括电枢铁心、 电枢铁心、 转子部分 电枢铁心 电枢绕组、换向器、风扇、 电枢绕组、换向器、风扇、轴等
第3章 直流电机的工作原理及特性
3.20
C2 K eC
第二段 Φ ＝C
Ra U n T n0 n 2 K e K e K t
串励电动机的机械特性相关分析
1． 硬度 2． 优点
1）串励电动机负载的大小对电动机的转速影响较大 2）起动时的励磁电流大
3、注意事项
（1）不容许空载运行。 （2）反转运行不能用改变电源极性的方式。
3· 直流电机的基本结构和工作原理 1
结构要点：定子、转子、换向器 原理要点：电磁感应定律、电磁力定律、 电路定律以及电势方程、转矩方程、电压 方程 分类：直流电机按照励磁方式的不同分为 他励、并励、串励、复励四种
一、直流电机的基本结构
直流电机的组成
1、定子：产生磁场、支撑电机 2、转子：产生电磁转矩和感应电动势，进 行能量转换
直流电机作发电机运行和作电动机运行时，虽然都产生电
动势E和电磁转矩T，但作用正好相反。
电机运行 方式 转矩之间的 关系
E与I的方 向
E的作用
T的性质
发电机 电动机
相同 相反
电源电动 势 反电动势
阻转矩 驱动转 矩
T1=T+ T0 T= TL+ T0
电路方程
发电机
E U I a Ra U E I a Ra
（二）直流电动机的工作原理
直流电动机基本工作原理
电枢线圈通电后在磁场中成为 载流导体 载流导体在磁场中受到电磁力 作用产生电磁转矩T 电枢在电磁转矩T作用下旋转 旋转的电枢线圈又切割磁力线，从而产生感 应电势E 由于换向器的作用，感应电势E总是与外加电 压的方向相反，称为反电势
三、电动势和电磁转矩
1. 电动势E 根据电磁学原理，两电刷间有感应电动势。
他励直流电动机的启动
实验报告实验名称他励直流电动机的启动指导教师实验类型验证实验学时 2 实验时间2015年10月29日一、实验目的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、启动、改变电机转向的方法。
二、预习要点1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机启动时，为什么在电枢回路中需要串接启动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?3、直流电动机启动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?三、实验项目1、了解电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、直流他励电动机的启动、调速及改变转向的方法。
四、实验步骤1、由实验指导老师介绍电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、直流仪表、转速表和变阻器的选择直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。
（1）电压量程的选择如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为500V或1000V 量程档。
（2）电流量程的选择选用安培表测量电枢电流，选用毫安表测量励磁电流。
（3）电机额定转速为1500r/min，转速表选用激光转速测量表。
（4）变阻器的选择测量各个变阻器的最大值，选择合适的变阻器作为发电机负载电阻与励磁电阻、电动机启动电阻与励磁电阻。
3、他励直流电动机启动步骤（1）按图1.1接线，检查电表的极性（+，-）是否正确，量程是否正确，电动机励磁回路接线是否按牢靠。
然后，将电动机电枢所串联的起动电阻1R ，断开开关S ，并断开电枢电源开关，做好起动准备。
（2）当电动机M 启动后，观察转电动机的偏转方向，逐渐减小电动机起动电阻1R 值，即起动时电阻1R 放在最大位置，启动完毕后将1R 短接。
他励直流电动机的启动
➢ 启动过程分析：
启动瞬间，电机因机械惯性，转子保持静止 n 0 电枢电势Ea 0 ，
由电枢电势方程式U Ea IaRa 可知，
启动电流
I st
பைடு நூலகம்
UN Ra
启动转矩Tst CT Ist
当Tst大于拖动系统的总阻力转矩时，电动机开始转动并加速。随着转速 升高，电枢电势增大，使电枢电流下降，相应的电磁转矩也减小，但只
第二章 直流电动机的电力拖动
第四节 他励直流电动机的启动与反转
1
第四节 他励直流电动机的启动和反转
启动的定义 电动机从接入电网开始转动，到达稳定运行的全部过程称为启动过程或 启动。
直流电动机的启动性能指标： 1. 启动转矩Tst足够大（ Tst TL）； 2. 启动电流Ist不可太大，一般限制在一定的允许范围之内，一般为 （1.5—2）IN； 3. 启动时间短，符合生产机械的要求； 4. 启动设备简单、经济、可靠、操作简便。
一、 他励直流电动机的启动
直流电动机常用的启动方法有三种。 1. 直接启动 ➢ 定义：直接启动就是将电动机直接投入到额定电压的电网上启动。 ➢ 接线图：
启动时，必须先保证有磁场（先闭合励磁回路）， 而后加电枢电压（再闭合电枢回路）。
停机时，必须先断开电枢回路， 再断开励磁回路
一、 他励直流电动机的启动
3. 降压启动
➢ 定义：启动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以限制启动电流Ist
启动电压应为：
Ust Ist Ra (1.5 ~ 2)IN Ra
例2-4 接上例题。如果采用降压启动使启动电流为1.5IN时，电源电压应为多少？ 解：求电源电压为： ➢ 启动过程分析： Ust Ist Ra 1.5IN Ra 1.5 207.5 0.067 20.85
他励直流电动机常用的启动方法
他励直流电动机常用的启动方法
嘿，朋友们！今天咱来聊聊他励直流电动机常用的启动方法。
这可真是个有意思的事儿啊！
你想啊，这电动机就好比是一辆汽车，要想让它跑起来，那得有合适的启动方式呀！就像汽车点火一样，得恰到好处。
咱先说直接启动吧。
这就好像是运动员听到起跑枪声，“嗖”地一下就冲出去了。
简单直接，没啥弯弯绕绕的。
但这也得注意哦，电流可不能太大了，不然电动机可能就“累坏”啦！
还有电枢回路串电阻启动呢，这就像是给汽车挂挡一样。
通过串入不同的电阻，来控制电动机的速度和力量。
就好像开车时根据路况换挡，是不是很形象？这样能让电动机更平稳地启动，减少冲击。
降压启动也很重要呀！这就好比是让汽车慢慢地加速，而不是一下子猛踩油门。
通过降低电压，让电动机循序渐进地进入工作状态，更安全可靠呢。
那咱为啥要这么在意启动方法呢？这可不是闹着玩的呀！要是启动不好，电动机可能就闹脾气啦，一会儿不转了，一会儿又出故障了。
那咱的工作不就受影响了嘛！你说是不是这个理儿？
所以啊，选择合适的启动方法就像是给电动机找了一把合适的钥匙，能让它乖乖听话，好好工作。
咱可得认真对待，不能马虎呀！
你想想看，如果电动机启动不顺利，那得多耽误事儿啊！生产线上的东西都等着它来带动呢，它要是掉链子了，那损失可就大了去了。
总之，他励直流电动机的启动方法可是非常关键的。
咱得像爱护宝贝一样对待电动机，给它选对启动方法，让它发挥出最大的作用。
可别小瞧了这些方法哦，它们可是能让电动机变得更厉害的秘密武器呢！大家一定要记住啦！
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
机电传动与控制（第四版）第3章课后习题参考答案
第三章3.1 为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗..3.2 并励直流发电机正传时可以自励，反转时能否自励？不能,因为反转起始励磁电流所产生的磁场的方向与剩余磁场方向相反,这样磁场被消除,所以不能自励.3.3 一台他励直流电动机所拖动的负载转矩TL=常数，当电枢电压附加电阻改变时，能否改变其稳定运行状态下电枢电流的大小？为什么？这是拖动系统中那些要发生变化？T=KtφIa u=E+IaRa当电枢电压或电枢附加电阻改变时,电枢电流大小不变.转速n与电动机的电动势都发生改变.3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E= E1，如负载转矩TL=常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳态值后，电枢反电势将如何变化? 是大于，小于还是等于E1？T=IaKtφ, φ减弱,T是常数,Ia增大.根据EN=UN-IaRa ,所以EN减小.,小于E1.3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：PN=180kW, U N=230V,n N=1450r/min,ηN=89.5%，试求：①该发电机的额定电流； ②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η=ηN）PN=UNIN180KW=230*ININ=782.6A该发电机的额定电流为782.6AP= IN100/ηNP=87.4KW3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：PN=7.5KW, U N=220V, n N=1500r/min, ηN=88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。
PN=UNINηN7500W=220V*IN*0.885IN=38.5ATN=9.55PN/nN=47.75Nm3.7一台他励直流电动机：PN=15KW, U N=220V, I N=63.5A, n N=2850r/min,Ra =0.25Ω，其空载特性为：U 0/ V115 184 230 253 265I f/A0.442 0.802 1.2 1.686 2.10今需在额定电流下得到150V 和220 V的端电压，问其励磁电流分别应为多少？由空载特性其空载特性曲线.当U=150V时If=0.71A当U=220V时If=1.08A3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：PN=5.5KW, U N=110V, I N=62A, nN=1000r/min,试绘出它的固有机械特性曲线。
他励直流电动机的起动和反转
1 他励直流电动机的起动和反转一．他励直流电动机的起动据直流电动机的电压方程：U ＝E a ＋I a R a ， a a a U E I R -＝。
起动时：n ＝0，E a ＝0，故：a aU I R ＝，R a 只是电枢绕组的电阻，是很小的，故若直流电动机直接加额定电压起动：N st a U I R ＝≈10～20I N 甚至更大，这么大的电流除了所产生的电磁力会损坏拖动系统的传动机构外，对直流电机还会使电刷与换向器间产生强烈的火花甚至环火。
因此除了有较大电枢电阻、转动惯量较小的微型直流电动机外，一般的直流电动机是绝不允许直接起动的。
一般直流电动机允许的最大电流为2I N ，由起动电流公式可知，直流电动机的起动方法有：（一）降压起动：由降压人为机械特性可见，开始时把电压降到令I st <2I N ，T st >T L ，电机开始起动，随着转速上升逐步升高电压，最后电压升到U N ，进入固有机械特性，起动完毕。
要注意避免升压过快产生过大的冲击电流，如图。
（二）电枢回路串电阻起动：由电枢回路串电阻的人为机械特性可见，开始时所串电阻令I st <2I N ，T st >T L ，电机开始起动，随着转速上升逐级撤除电阻，最后全部外串电阻撤除，进入固有机械特性，起动完毕。
要注意避免撤除电阻的瞬间产生过大的冲击电流，如图。
上述起动过程均可采用自动控制系统，则起动性能更好。
二．他励直流电动机的反转由转矩公式：T ＝T C a I φ可知，改变磁通Φ或电枢电流I a 的方向都可使T 反向，从而实现电动机的反转。
故他励直流电动机反转的方法有：1． 电枢反向：励磁接线不变2． 磁场反向：电枢接线不变。
2.4他励直流电动机的起动
特点：起动过程平滑，起动过程中能量损耗少。 难点：如何控制端电压的提高，保持以最大允 许转矩起动。
3
§2-4 他励直流电动机的起动
2、电枢回路串电阻起动
起动时，U=UN，电枢回路中串入电阻RΩ，起动电
流Ist降低。
+ UN
-
I1
Ra
UN R1 R2
R3
UN R3
n
Ia
Ra
RΩ3
nnn0hf
RΩ2Hale Waihona Puke ndRΩ1nb
h
f
d
g e
Ra
R1= RΩ1 + Ra
b
c
R2=RΩ2+ RΩ1 + Ra
If
aT
0
TZ T2
T1 R3=RΩ3+ RΩ2+ RΩ1 + Ra
在起动过程中外串电阻RΩ逐段切除。
4
思考与计算题：P73
5
其他电气设备的正常运行；
起动转矩也达到额定值的 10~20 倍，对传动机构
造成机械冲击。
故直接起动仅用于小容量电动机。
2
§2-4 他励直流电动机的起动
1、降压起动
起动时降低端电压U，起动电流Ist 减小。
一般要求 Ist=(1.5~2.0) IN，且 Tst= (1.5~2.0) TN，故 在不大的起动电流下使电动机顺利起动。
§2-4 他励直流电动机的起动
一、他励直流电动机的起动方法
电动机接通电源后，转速从零
上升到稳态转速的过程，称为起动
过程。
起动初瞬，n = 0，Ea= 0，故此
3.4直流他励电动机的启动特性&3.5直流他励电动机的调速特性
13
3.5.2 改变电动机电枢供电电压U
因此，直流电动机是不允许直接启动的，即在启 动时必须设法限制电枢电流。
2
限制直流电动机的启动电流的方法： 一是降压启动，即在启动瞬间，降低供电电源电压， 随着转速n的升高，反电势增大，再逐步提高供电电 压，最后达到额定电压UN时，电动机达到所要求的 转速。 二是在电枢回路内串接外加电阻启动，此时启动电 流Ist＝UN／(Ra+Rst)将受到外加启动电阻Rst的限制， 随着电动机转速n的升高，反电势E增大，再逐步切 除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的 转速。
9
金属切屑机床，根据工件尺寸、材料的性质、切屑用 量、刀具特性、加工精度等不同，需要选用不同的切削速 度，以保证产品质量和提高生产效率； 电梯类或其他要求稳速运行或准确停止的生产机械， 要求在启动和制动时速度要慢或停车前降低运转速度以实 现准确停止。 实现生产机械的调速可以采用机械的、液压的或电气 的方法。
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过大的启动电流的危害：
1.过大的启动电流使电动机在换向过程中产生火 花，烧坏整流子； 2.过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引 起绕组的损坏，而且产生与启动电流成正比例的启动 转矩，会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转 矩冲击，使机械传动部件损坏； 3.对供电电网来说，过大的启动电流将使保护装 置动作，切断电源造成事故，或者引起电网电压的下 降，影响其他负载的正常运行。
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他励直流电动机启动原理
他励直流电动机启动原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊他励直流电动机的启动原理。
想象一下，这电动机就像是个精力充沛的小伙子，想要开始奔跑啦！
他励直流电动机呢，在启动的时候，就像是我们准备起跑前要先做好准备动作一样。
它需要一个足够大的电流来给它力量，让它转动起来。
这个电流就像是给小伙子的一脚油门，让他能快速冲出去。
那怎么才能有这个大电流呢？这就靠我们的电路啦！就像给小伙子设计了一条专门的起跑跑道。
在启动瞬间，电阻要很小很小，这样电流才能顺利地通过，电动机才能有力气转动起来。
比如说，我们家里的一些电器，像风扇啥的，里面可能就有他励直流电动机在工作呢。
当我们按下开关，它就开始启动啦，呼呼地转起来。
总之，他励直流电动机的启动原理其实并不复杂，就是通过合适的电流让它有力气开始工作，就像我们人要吃饱了才有力气干活一样。
大家这下明白了吧！。
第3章 直流电机的工作原理及特性
直流电机的磁路
二、直流电机的工作原理
1.直流电机具有可逆性
一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以 作为发电机运行，只是外界条件不同而已。
发电机——若用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从
电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电； 电动机——若在电刷端外加直流电压，电机就可以带 动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。 这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理， 在电机理论中称为可逆原理。
(1) 转矩方程式 T ＝ KtΦIa (2) 电势方程式 E ＝ KeΦ n (3) 电压平衡方程式 U＝E＋IaRa
他励电动机的 机械特性
一、直流他励电动机的机械特性表达式
Ra U n T 2 K eΦ K e K tΦ n 0 n
其中：n0 为理想空载转速 n0′为实际空载转速 △n 为转速降
概述
直流电机的铭牌数据
额定功率PN
指轴上输出 电动机 发电机 指电刷间输出 额定条件下电机 的机械功率 的额定电功率 所能提供的功率 额定电压U N 额定电流I N 在额定工况下，电机 在额定电压下，运行于 出线端的平均电压 额定转速n 额定功率时对应的电流
N
发电机:是指输出额定电压； 电动机:是指输入额定电压。
④学会用机械特性的四个象限分析直流电动机运行状态；
⑤学会根据他励直流电动机的铭牌技术数据，确定电动 机启动等运行特性。
重点
由于机械特性是根据转矩、电势、电压平衡方程式推
导出来的，而机械特性又是分析启动、调速和制动特 性的依据，所以机械特性是电动机内容的重中之重；
他励直流电动机的启动特性；
他励直流电动机的调压调速特性。
直流发电机工作原理图
他励直流电动机的启动方法
他励直流电动机的启动方法
他励直流电动机的启动方法通常有以下几种：
1. 直接起动法：将励磁电流和电动机的旋转方向同时接通，使电动机快速起动。
2. 串励起动法：先将电动机的励磁回路接通，使励磁磁通产生；然后将电动机的旋转方向接通，使电动机起动。
3. 平行励起动法：与串励起动法类似，但在起动过程中，先将抵抗器与电动机的并联回路接通，阻断一部分励磁电流，待电动机起动后再将抵抗器断开，使励磁电流恢复正常。
4. 电压励起动法：通过调节励磁电流的电压，控制励磁磁通的大小，使电动机起动。
5. 自励起动法：通过电源和整流器等装置，将电动机的输出电压重新供给到励磁回路中，使电动机自行起动。
这种方法适用于一些小型直流电动机。
机电传动控制(第3章) 直流电机的工作原理及特性
性硬度不变，调速范围较大；
3）恒转矩调速 4）U≤UN，n≤nN
3．改变电动机主磁通
UN Ra n T 2 K e 9.55( K e )
1）可以实现无级调节 2）随着Φ 的减小，n0增加，k 变大，特性变软； 3）恒功率调速 4）Φ ≤ΦN，n≥nN
1、改变电枢电路外串电阻 Rad 调速
UN Ra Rad n T 2 K e N 9.55( K e N )
特点： 1）
3）R越大，耗能越大
2．改变电动机电枢供电电压U
Ra U n T 2 K e N 9.55( K e N )
第三章
直流电机的工作原理及特性
重点掌握：
• 了解直流电机的基本结构及工作原理； • 掌握直流电动机的机械特性； • 掌握直流电动机启动、调速和制动等各种特性； • 掌握直流电动机电压平衡方程、机械特性方程及其相关 的计算方法。
3．1 直流电机的基本结构和工作原理 一、直流电机的基本结构
直流电机的组成可分为定子、转子和换向器三大部分。
3.21 有一台他励直流电动机，PN＝7.5kW，UN＝220V，IN=4lA， nN＝1500r／min，Ra＝0.38Ω，拖动恒转矩负载，且TL＝TN， 现将电源电压降到U=150V，问： (1)降压瞬间的电枢电流及电磁转矩各多大? (2)稳定运行转速是多少?
3.22 有一台他励直流电动机，PN=21kW，UN＝220V，IN=115A， nN＝980r／min，Ra=0.1Ω，拖动恒转矩负载运行，弱磁调速时Φ 从ΦN调到0.8ΦN，问： (1)调速瞬间电枢电流是多少?(TL＝TN) (2)若TL＝TN和TL＝0.5TN，调速前后的稳态转速各是多少?
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电力拖动的过渡过程一般分为两种： 1）机械过渡过程—— 它只考虑机械惯性，忽略影响较小的电磁惯 性。
起动过程中转 速的上升曲线
求出过渡过程中某一段的时间
t x TM ln IA IB IC IB
或
t x TM ln
nA nB nC nB
或
t x TM ln
TA TB TC TB
2．电枢串多级电阻起动的过渡过程 他励电动机二级起动的电路及特性 第一级起动时
R2 Ra R1 R 2
推广到m级起动的一般情况
I1 / I 2 称为起动电流比 R1 Ra R2 R1 Ra 2 Rm 1 Rm 2 Ra m 1 m Rm Rm 1 Ra
Rm Rm 1 I1 R2 R1 I 2 Rm 1 Rm 2 R1 Ra
或
I a I B (1 e
t /TM
) IAe
t /TM
从上式说明，电枢电流随着时间成指数变化。
U I B R U I A R U I B R t /TM n e Ce Ce Ce
n nB (nA nB )e t /TM
1．电枢串固定电阻起动的过渡过程
U Ea I a R Cen I a R
GD 2 dn Tem Tl CT I a 375 dt
他励直流电动机串 固定电阻全压起动
R Ra R
U Ia R n Ce
Tl GD 2 R dI a Ia CT 375CeCT 2 dt
U N I N Ra 440 76 0.377 Ce 0.411 nN 1000
CT 9.55Ce 9.55 0.411 3.93
CeCT 2 0.411 3.93 1.615
49.05(0.377 0.212 0.405 0.695 1.158 ) TtM 1 s 0.231s 375 1.615
U N 440 V I N 76 A
nN 1000 r/min
已知四段起动电阻为：R1 0.212
R 2 0.405 R3 0.695
R 4 1.158 电枢电阻 Ra 0.377
系统飞轮惯量GD 2 49.05 N m2 求分级起动总的起动时间。 解：
R1 Ra nec nhe
R2 Ra nca nhe
4．根据转速比计算出各级电阻
1 图解解析法
给同学们2分钟，尝试把特性图画出来。
如何解决遇到的问题呢？
解析法的计算方法就能很好的解决图解法 中，I1，I2难以准确确定的问题。 确定起动过程的人为特性曲线的本质就是 确定各级的电阻值，各级电阻值之间有何 关系呢？
2 解析法的计算方法
1. 根据电动机铭牌数据，估算电动机电枢 回路电阻 2. 选取最大电流I1，计算最大起动电阻； 3.决定起动电阻级数 4.计算起动电流比 5.计算分段电阻
在b点 在c点
U Ec I1 R1
U Eb I2 R2
两级起动时
I 1 R2 R1 I 2 R1 Ra
或
n nB (1 et /TM ) nA e t /TM
nA ——过渡过程开始时转速的起始值
nB ——机械特性上负载转矩 TL（或负载电流 I L ）对应的转速，
即过渡过程结束时电动机的稳定转速。
t /T 当起动转速为零时 n nB (1 e M )
起动过程中电枢 电流的变化曲线
各分段电阻如下 ：
R1 R1 Ra 0.627 0.377 0.250
R 2 R2 R1 1.043 0.627 0.416
R3 R3 R2 1.736 1.043 0.693
R 4 R4 R3 2.889 1.736 1.153
其中 K I A I B
I a I B Ket /TM
I A 为电流的起始值
t / TM
I a I B ( I A I B )e
或
I a I B (1 e
t /TM
) IAe
t /TM
I a I B ( I A I B )e
t / TM
改良方式
为了改变直接起动时电流很大的缺点，采用将起 动电阻串入电枢回路，待转速上升后，逐步将起 动电阻切除的方式限制起动电流。 回想一下3张人为机械特性图
起动过程
起动动作过程： a点，K1,K2闭合 b点，打开K2，K1闭合 d点，打开K1
1 图解解析法
1．绘制固有机械特性
设 I st I1 2 I N 2 76 A 152 A
I x I 2 1.2 I N 1.2 76 A 91.2A
I1 I z ln I I z 2 152 76 ln ln 5 1.61 91 .2 76
I z I N 76 A
I1 I z t st (TtM 1 TtM 2 TtM 3 TtM 4 ) ln I I 4TtM 2 z =(0.231+0.137+0.0808+0.0478)×1.61s+4×0.0306s=0.922s
较
n0
U I st N ，相应的感应电势 Ea Ce n 0 ，起动电流 Ra
大。一般情况下，I st (10 ~ 20) I N 。
T 为此，起动时要求满足：（1） I st (2 ~ 2.5) I N ；（2） st (1.1 ~ 1.2)TN 。
优点：操作简单，无需外加设备。 缺点：冲击电流大（Ia 可能突增到额定 电流的十多倍 ），换向时易产生火花。 适用于容量很小的电动机。
R 1 R1 Ra ( 1) Ra
PN 29 kW
Ra 0.377
解
U N 440 V
I N 76A
nN 1000 r/min
试用解析法计算四级起动时的起动电阻值。
选择
已知起动级数m=4
I1 2 I N 2 76 A 152 A
U a 440 Rm R4 Ω 2.895 Ω I1 152
第二节 他励直流电动机的起动
一、起动方式
1.直接起动 2.电阻分级起动
二、起动电阻的计算
1.图解法 2.计算法
三、起动的过渡过程
1.起动的机械过渡过程 2.电枢电感对起动过程的影响
3.5 直流电动机的起动
A、对直流电动机起动过程的一般要求
• • • 起动转矩应足够大； 起动电流要小； 起动设备简单、经济与可靠。
一、起动方式
直流电动机接上电源后，转速从零达到稳 定转速的过程，称为起动过程。 对电动机起动的基本要求：
（1）起动转矩要大 （2）起动电流有限制 （3）起动设备要经济可靠
他励直流电动机直接起动
将电动机的电枢投入额定电压的电源上起动。n=0，Ea=0，
Ia
起动时：转速
U Ea U Ra Ra
Rm Ra m lg lg
m
Rm Ra
RΩ2 R2 R1 ( 2 ) Ra RΩ1 RΩm 1 Rm 1 Rm 2 RΩm 2 m 2 RΩ1 m 1 RΩm Rm Rm 1 RΩm1 RΩ1 [例9-2] 一台他励直流电动机的铭牌数据为：型号Z-290
TtM 2
TtM 3
49.05(0.377 0.212 0.405 0.695 ) s 0.137 s 375 1.615
49.05(0.377 0.212 0.405 ) s 0.081s 375 1.615
49.05(0.377 0.212 ) TtM 4 s 0.048s 375 1.615 49.05 0.377 TtM s 0.031s 375 1.615
dI a I B TM dt
I B TL / CT ——负载转矩对应的负载电流，即电动机起动完毕
后，保持稳定转速运行时的电枢电流
GD 2 R TM 375CeCT 2
——电力拖动系统的机电时间常数，是表征机 械惯性的一个非常重要的物理量 其解为
dI a I a IB dt TtM TtM
B、他励直流电动机的常用的起动方法
为了获得足够大的起动转矩的同时降低起动电流， 起动时一般应按照如下步骤进行： （1）首先在励磁绕组中加入额定励磁电流，以建立满载 主磁场； （2）待主磁场建立之后再加入电枢电压。
电枢回路串电阻起动
直流电机的 起动方法
降压起动
a、电枢回路串电阻起动
图3.19a、b分别给出了他 励直流电动机采用两级电 阻起动时的电路图和相应 的机械特性。
3．加快起动过程的途径
1）减小系统的飞轮惯量，以减小机电时间 常数，从而降低系统的惯性 2）在设计电力拖动系统时，尽可能设法改 善起动过程中电枢电流的波形 （二）电枢电路电感对起动过程的影响
4
R4 2.895 1.664 Ra 0.377
4
则各级起动总电阻如下：
R1 Ra 1.664 0.377 0.627
R2 R1 1.664 0.627 1.043