第三章 直流电动机

可以平滑无级调速； 调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制； 电动机的输出功率不变。
3.6 直流他励电动机的制动特性
1．制动与启动 2. 制动与自然停车
3. 电动机的两种工作状态 1) 电动状态 2）制动状态
4. 电动机工作在制动状态下的两种情况 1）使转速迅速减速到停止； 2）限制位能负载的下降速度。
PN PN TN 9.55 nN nN
三、人为机械特性
1. 电枢回路中串接附加电阻时的人为特性 U U N , N
U N E I a ( Ra Rad )
UN Ra Rad n T 2 Ke N Ke K t N
2. 改变电枢电压U时的人为特性 N , Rad 0
• 机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；
• 在空载或轻载时，调速范围不大；
• 实现无级调速困难； • 在调速电阻上消耗大量电能等。
2．改变电动机电枢供电电压U
转速可以平滑无级调节； 机械特性硬度不变，调速范围较大； 属于恒转矩调速； 可以靠调节电枢电压来启动电机，而不用其他启动设备。
3．改变电动机主磁通
理想空载点
1. 理想空载转速： 根据机械特性可知：
n0 U K e
2. 转速降落
Ra n0 n T 2 Ke K t
3. 机械特性硬度
dT Δ T 100% dn Δ n
根据值的不同，可将电 动机机械特性分为三类。
dT Δ T 100% dn Δ n
励磁回路部分
式中: U ——外加电枢电压（V）；
E ——感应电势（V）；
I a ——电枢电流（A）； Ra ——电枢回路内阻（Ω）
∵ E K e n、 T Kt I a ∴U K e n I a Ra Ra U 即：n I a ……转速特性 K e K e
n Ra U T ……机械特性 2 Ke Ke K t
可见，并励直流发电机的自励条件有：
（1）主磁路有剩磁 （2）励磁绕组极性要正确 （3）励磁回路总电阻小于该转速下的临 界电阻
U
3 2
U0
A
1
0
If0 If
3．3 直流他励电动机的机械特性
一、机械特性的一般形式
电动机的机械特性指的是转速与电磁转矩之间的关系。
电枢回路部分
U E I a Ra
电机内部
外观
电枢绕组
换向器
电刷
主磁极
二、基本工作原理
为了讨论直流电机的工作原理，可把复杂的直流电机结构简化 为电机具有一对主磁极，电枢绕组只是一个线圈，线圈两端分别联 在两个换向片上，换向片上压着电刷A和B。
1．发电机原理：将机械能转换为电能。直流发电机工作原理 图如下图所示。
2．电动机原理：将电能转换为机械能。直流电动机工作原理图 如图所示：
从方程式可见，直流发电机 Ea
G I f Ea
T0 Tem
U

Uf

三、 并励发电机的自励条件
并励发电机的励磁是由发电机本身的端电压提供的， 而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电 机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足 建压的条件称为自励条件。
曲线1为空载特性曲线，曲线2为励磁回路总电阻R f 特性曲线， 也称场阻线 U I f R f 。 f
（1）绝对硬特性 （2）硬特性>10 （3）软特性<10
二、固有机械特性
n UN Ra T 2 Ke N Ke K t N
固有机械特性的计算步骤如下。
Ke N
PN U N Ra (0.5 ~ 0.75)(1 ) UN IN IN U N I N Ra K e N nN UN n0 K e N


U

I
Ia
I
Ia
G
If
F
F
If
4、复励：并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组， 一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。

U


U
G

I
Ia
I f1
G
I
Ia
I f1 F
If2
F
If2 F
二、 直流发电机的基本方程
电枢电动势和电动势平衡方程

U

Ea KeI a
Ia
T1
n
Ea U I a Ra
一、反接制动 1．电源反接制动
Ra U n T 2 ke ke k t
U Ra Rad n T 2 ke ke k t
a点，n>0，Tm>0——电动 b—c段，n>0，Tm>0——反接制动状态。
2．倒拉反接制动
a点： T>0，n>0，电动机工作在电动状态。
c—d段：T>0，n>0，电动机工作在电动状态。
空载速度随着U的减小而减小； 转速降落不变； 特性硬度不变
3．改变磁通 时的人为特性 U U N , Rad 0
理想空载转速随磁通的改变而变化； 转速降随磁通的改变而变化。
特性变软
3．4 直流他励电动机的启动特性
一、启动特性
I st U N / Ra
（1） 对电动机本身的影响 （2） 对机械系统的影响 （3）对供电电网的影响
三、电动势和电磁转矩
1. 电动势E
根据电磁学原理，两电刷间的感应电动势为: E K e n 式中：
E —— 感应电动势（V）； Φ—— 一对磁极的磁通（Wb）； n —— 电枢转速（r/min）；
Ke —— 与电机结构有关的常数。
2．电磁转矩TM
电枢绕组中的电流和磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩， 其大小可用如下公式表示：
在B—C段，转速n与转矩TM的方向相反，运行速度大于空载转 速n02，故为反馈制动状态。
三、能耗制动
当切断电源接入电阻后，工作点由a点转到b点。 b—o段：Tm<0，n>0，能耗制动。
d—b段： Tm>0，n<0，电动机工作在制动状态。 常称这种制动状态为倒拉制动状态。
二、反馈制动
1．电车走下坡路时的反馈制动
在a—n0段：TM与n的方向相同，故为电动状态。 故电动机工作在反馈制动状态。
在n0—b段：TM与n的方向相反，且工作速度大于理想空载转速，
2．电枢电压突然下降时的反馈制动
TM K t I a
式中：TM —— 电磁转矩（N· m）；
Φ —— 一对磁极的磁通（Wb）； Ia —— 电枢电流（A）；
Kt —— 与电机结构有关的常数，Kt=9.55 Ke
3.2 直流发电机
一 直流发电机的励磁方式
供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大 类，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。 1、他励：如图所示。
二、启动方法
1Leabharlann Baidu 降压启动：
2. 电枢回路串电阻启动
3．5 直流他励电动机的调速特性 一、速度调节和速度变化
二、调速方法
从直流他励电动机机械特性方程式
Ra Rad U n T 2 Ke Ke K t
可知： 改变电枢电路外串电阻 改变电动机电枢供电电压 改变电动机主磁通
1、改变电枢电路外串电阻 Rad
第 直 三 流 章 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、调速和制动特性； • 掌握实现直流电动机启动、调速和制动的方法。
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 直流电机的结构图如图所示：

I (E U ) / R a a
他励直流发电机的电枢电流 和负载电流相同，即：
U
G

I Ia
I Ia
F If U
2、并励：发电机的励磁绕组与电 3、串励：励磁绕组与电枢绕组 枢绕组并联。且满足 I a I I f 。 串联。满足 I a I f I 。

U
G