直流电动机的机械特性

直流电动机的机械特性

直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。下面一常用的他励和并励电动机为例介绍其机械特性、起动、反转和调速，他励和并励电动机只是连接方式上的不同，两者的特性是一样的。

直流电机的接线图

图是他励和并励直流电动机的接线原理图。他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电源电压U两个直流供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U 供电。

并励电动机的励磁绕组与电枢并联，其电压与电流间的关系为：

U=E+RaIa 即：Ia=（Ra为电枢电压）

If=

I=Ia+If≈Ia

当电源电压U和励磁电路的电阻Rf（包括励磁绕组的电阻和励磁调节电阻）保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通Φ也保持不变，即Φ=常数。

则电动机的转距也就和电枢电流成正比，T= KTΦIa= KIa这是并励电动机的特点。

当电动机的电磁转距T必须与机械负载转距T2及空载损耗转距T0相平衡时，电动机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电动机的转速、电流及电磁转距等发生变化。，称为：

n===－Ｔ＝n0－

式中

并励电动机的起动与反转

并励电动机在稳定运行时，其电枢电流位：Ia＝，因电枢电阻Ra很小，所以电动机在正常运行时，电源电压U与反电动势E近似相等。

在起动时，n=０，所以E＝kEΦn＝０。这时电枢电流及起动电流为Iast=，由于Ra很小，因此起动电流I ast可达额定电流IN的10～20倍，这时不允许的。同时并励电动机的转距正比于电枢电流Ia，这么大的起动电流引起极大的起动转距，会对生产机械的传动机构产生冲击和破坏。

限制起动电流的方法就是在起动时的电枢电路中串接起动电阻Rst，见图。这时起动电枢中的起动电流的初始值为：Iast=

则起动电阻为：Rst=－Ra

一般：Iast=（1.5～2.5）IN

起动时，可将起动电阻Rst放在最大值处，待起动后，随着电动机转速的上升，再把它逐段切除。

注意：直流电动机在起动或工作时，励磁电路一定要保持接通，不能断开（满励磁起动）。普则，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能发生以下：

要改变电动机的转动方向，就必须改变电磁转距T的方向，可通过改变磁通Φ（励磁电流）或电枢电流Ia的方向实现。

并励电动机的调速

电动机的调速就是在同一负载下获得不同的转速，以满足不同的要求。

由转速公式：n=可知常用的调速方式有调磁调速和调压调速两种。

9.5.1改变磁通Φ（调磁调速）

当保持电源电压U为额定值不变时，调节励磁电路的电阻，改变励磁电流If而改变磁通Φ。

由式n=－Ｔ可见，当磁通Φ减小时，n0升高了，转速降也增大了；但

与Φ2成正比，所以磁通愈小，机械特性曲线也愈陡，但仍有一定的硬度。见图

由于电动机一般是在额定状态下运行的，它的磁路已接近于饱和，所以在一定负载下，通常是减小磁通调速（Φ＜ΦN），转速上调（n＞nN）。

调磁调速是恒功率调速，即转速升高后，输出转距必须减小，否则电枢电流Ia会超过原来的额定电流，使电动机发热烧坏。

调磁调速的优点：

1. 调速平滑，可得到无级调速；

2. 调速经济，控制方便；

3. 机械特性较硬，稳定性较好。

对专门生产的调磁调速的电动机，其调速幅度可达到3～4倍。

改变电压U（调压调速）

当保持他励直流电动机的励磁电流If为额定值时，降低电枢电压U，使转速n降低。

由式n=－Ｔ可见，在一定负载下，U愈低，转速n愈小，但机械特性的硬度不变，见图

一般电动机都处在额定状态下运行，再进行调压调速时，为保证电动机的绝缘，一般是将电动机的电压下调U＜U N，而转速也下调n＜nN。

调压调速是在额定电流下调速，是恒转距调速。

调压调速的优点：

1. 机械特性较硬，电压降低后硬度不变，稳定性较好。

2. 调速幅度较大，其调速幅度可达到6～10倍。

3. 可均匀调节电枢电压，得到平滑的无级调速。

但是需要专用的电压调节设备，投资费用较高。

机械特性曲线

参数

事故

调速过程

调速过程

当磁通Φ保持恒定时，减小电压U。由于机械惯性，转速n不立即发生变化，反电动势E 也暂不变化，于是电枢电流Ia减小，转距T也减小。如果阻转距TC（TC=T2+T0）不变，则T ＜TC，转速n下降，随着转速n的降低，反电动势E也减小。Ia和T也随着增大，直到T=TC 时，电动机维持在较原来较低的转速运行。