第五章直流电机放映稿

1、第五章 直流电机包括直流发电机和直流电动机。二者在结构上没有差别，前者把机械能变为直流电能，后者把直流电能变为机械能。与交流电动机相比，直流电动机有良好的起动性能和调速性能，因此它被广泛应用于电力牵引、轧钢机、起重设备、太阳能汽车和要求调速范围广泛的切削机床中，在自动控制系统中，小容量的直流电动机应用也很广泛。但是直流电动机的制造工艺复杂，生产成本较高，维修困难，还需备有直流电源或整流设备才能使用。而整流设备的造价较高，且要求电网的容量较大。直流发电机还可作为测量轴转速的检测装置。在机械及设备上，直流发电机有被可控硅整流设备替代的趋势。交流电源 异步电动机 直流发电机 各直流电动机；交流电源

2、各可控硅整流装置 各直流发电机。显然后者结构简单、紧凑、效率较高。但是要求电网的容量较大。第一节 直流电机的工作原理和基本结构 一、直流电机的工作原理 1.直流发电机的工作原理。与交流电动机不同的是，直流发电机有两个在空间固定的永久磁铁，一个为N极，另一个为S极，在磁极的中间，装有转子，又称电枢绕组。当电枢逆时针方向旋转时，导体切割磁通，因而在导体中产生感应电动势。根据右手定则，知N导体中的电动势方向为；而S导体中的电动势方向为。电枢的首末两端分别接到两片圆弧型的铜片上，铜片上安置了两个固定不动的电刷A和B。电刷用导线与外界相连后就有电流引出，由于电刷的位置固定，所以电流的方向不变，故为直流电

3、。 2直流电动机的工作原理 与发电机的连线及结构完全相同，只是电源从外部引入，由左手定则，电枢受到力偶的作用而沿逆时针方向旋转。由于磁场、电流的方向不变，电刷的位置固定，因而电枢的旋转方向不变。 二、直流电机的基本构造 直流电机主要由定子、转子、端盖及电刷架等部件组成。 从理论上讲，直流电动机和直流发电机可逆。1定子 是用来产生磁通和进行机械固定。（1）主磁极 主磁极的作用是用来产生主磁场，通常由厚l1.5mm的低碳钢片叠装而成(因为为直流电，无磁滞及铁心损耗的影响，所以可用低碳钢片），叠装的目的是便于散热。（2）换向极 因为转子上有换向器，在换向的过程中电流要改变方向，即有电流急剧变化的过程

4、，这种变化必然伴随很大的电磁能量变化，能量变化的表现形式就是产生大的电火花，换向极的作用就是抵消其产生的危害，使电动机运行时电刷下不产生有害的火花。换向极装在相邻的两主磁极之间 2转子 （1）电枢铁心 由于它在旋转时会被交变磁化，为了减少铁心损耗，通常采用厚0.350.5mm的硅钢片叠制而成。 （2）换向器 起整流作用，由楔形铜片所组成。每一个线圈分别接在两个换向片上。 （3）电枢绕组 产生感应电动势，以实现机电能量的转换。 三、直流电机的额定数据 l）额定容量Pe （kW）。 2）额定电压Ue （V）。 3）额定电流Ie （A）。 4）额定转速ne （rmin）。 5）励磁方式及额定励磁电流

5、Ife （A）。 6）额定励磁电压Ufe （V）。 额定容量（也叫额定功率），对于发电机，是指发电机出线端输出的电功率： Pe=UeIe 。 对直流电动机，是指其轴上输出的机械功率： Pe=UeIe 。 e额定效率，是直流电动机在额定状态下运行时输出机械功率与输入电功率之比。 直流电机有很好的调速性能，因而可以在非额定工作状态下运行，但在额定工作状态下运行时，电机的工作性能、经济性、安全性等各方面都比较好。 四、直流电机的主要系列产品 直流电机型号的第一个字母为汉语拼音的Z Z2系列是一般用途的中小型直流电机，包括直流发电机和直流电动机 ZD和ZF系列是一般用途的大、中型直流电机系列 D是直流

6、电动机系列，ZF是直流发电机系列 后面的数字分别表示设计序号、机座号和长度序号等。第二节第二节 直流电机的磁场直流电机的磁场 一、直流电机的励磁方式 直流电机需建立一个永久的主磁场，因此 根据励磁方式的不同，直流电机可以分为他励和自励两类。 他励直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给，而与电枢绕组无联接关系。自励直流电机的励磁电流由自身供给，根据励磁绕组与电枢绕组的连接关系，又可以分为并励、串励和复励三种（两个励磁绕组产生的磁动势的方向相同时为积复励）。其中串励方式采用的较少。 励磁绕组所消耗的功率虽然仅占直流电机额定功率的13，但对直流电机的性能影响较大。 第三节 直流电机的电枢电动势和电

7、磁转矩 一、电枢电动势 是电枢绕组切割气隙磁通而产生的感应电动势，即正、负电刷之间的感应电动势。 分析思路：先求出一根导体切割气隙磁通时的平均感应电动势，再求出支路中各导体感应电动势之和。 每根导体的感应电动势：eX=BXl 式中：BX导体所在处的磁通密度；l导体长度；导体切割磁通的速度 。 设N表示组成电枢绕组的总导体数，2a代表支路数，则每一条支路的串联导体数等于N/（2a）。那么，电枢电动势Ea就等于一条支路中各串联 导体感应电动势之和： 求解BX则可得： （V） 式中：p磁极对数 ；极矩 ；n电枢每分钟转速（r/min)；每个磁极的总磁通（Wb）； 电动势常数 。 对于已制造好的直流电

8、机，它的电枢电动势正比于每极磁通和转速n。)2/(1)2/(1aNaNXXaBllBEnCaNpnlaNnplEea602602apNCe60 二、电磁转矩 同样，先求出每根导体所受的电磁力，然后求出一个极面下作用在电枢上的力，再求出2p个磁极作用在电枢上的总电磁力F，若电枢的直径为D，则电磁转矩 MFD/2，即可求得： （N m） 式中： N电枢绕组的总导体数；l导体长度； 2a支路数； 每个磁极的总磁通（Wb）；Ia电枢绕组总电流（A）； 转矩常数。aMaaICIapNaIDlDlpNM2222apNCM2 所以，对于已制造好的直流电机，电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流 。 由 ， ，则C

9、M=9.55Ce 若电磁转矩的单位为若电磁转矩的单位为kgm，则，则 CM转矩常数，转矩常数，Ce电动势常数电动势常数apNCe60apNCM203. 18 . 92eMCapNC第四节第四节 直流电机的基本方程式直流电机的基本方程式 是直流电机的电动势平衡方程式和转矩平衡方程式，以及反映机电能量转换过程的功率平衡方程式。 一、直流发电机的基本方程式 按发电机惯例规定正方向。U是电机负载两端的端电压， Ia是电枢电流， M1是原动机的拖动转矩，n是电机电枢的转速。 由前节所述的内容，电枢电动势 由克希荷夫电压定理 UE 即 式中 Ra电枢回路的总电阻；us正、负电刷的接触电压 降，很小，一般取

10、2V，可不单独 考虑，而是包含Ra在中。故上式 可写成： 并励和他励发电机的励磁电流为 Uf励磁绕组的端电压； Rf励磁回路的总电阻。asaaEuRIUaaaRIEUnCEeafffRUI 当直流发电机以转速n稳态运行时，作用在电枢上的转矩有：原动机拖动发电机的转矩M1；还有 M电枢电流与气隙磁场相互作用而产生的具有制动性质的电磁转矩；M0电机的机械摩擦以及铁损耗引起的空载转矩，与转速n的方向相反 由能量守恒原理得 ：M1= = M+ +M0 因为原动机克服电磁转矩所作的机械功率M将转换为电枢电路中的电功率PM ，PM称为电磁功率： PM= =M 而 ， ， 所以 将式 的两边乘Ia，得： 则

11、可写为： 式中：P2= =UIa直流发电机输出给负载的电功率直流发电机输出给负载的电功率 PM= =Ea Ia 电磁功率电磁功率 电枢回路的总铜耗电枢回路的总铜耗 aIapNM2aaaRIEU602 naaaaMIEnIapNnIapNMP606022aaaaaRIUIIE2CuaMpPP2aaCuaRIp2aNpnlaNnplEa602602 将式M1= M+M0 的两边乘以电枢机械角速度，得： M1=M+M0 写成： P1=PM+p0 式中： P1=M1原动机输给发动机的机械功率 p0=M0=p+pFe发电机的空载损耗的功率，包括：p机械摩擦损耗，与转速有关；pFe铁损耗，与磁密大小及交变

12、频率有关 此外，还有附加损耗pad 和励磁损耗pCuf 所以总的功耗为： 功率平衡方程式为： 直流发电机的效率为 输出功率P2和输入功 率P1之比即： adFeCuaCufpppppppPP21pPpPP2121二、直流电动机的基本方程式 1直流电机的可逆原理 由发电机状态图，原动机驱动直流发电机 转动，作用一拖动转矩M1。设想发电机在 转动过程中保持励磁不变，但输入功率 P10，即M10，停止向发电机输入驱 动力。这时，由于惯性电机轴仍然会转 动，Ea仍存在，只是由于存在M及M0， 转速逐渐下降，由 ， ，和 知Ea 、 Ia 、 Ma 、U 均下降，且Ia下降得更快（否则会出现U与Ea 同

13、向的情况），当n下降到某一值n0时， 此时Ia 0； n继续下降时， Ea U 为负， Ia改变了方向，说明已由向电网供电变为从电网吸收电功率 由 知， M也改变了方向变为驱动力矩了 PM=EaIa=M0 说明吸收的电磁功率转变为机械功率输出了，此时直流电机已不是发电机而成为电动机了。aaaRIEUaMICMaEU aMICMnCEea 因为电流的方向改变，直流发电机的基本方程式就变为： 同样，上述物理过程还可以反推回去。 所以一台直流电机既可以作发电机运行，又可以作为电动机运行，这就是直流电机的可逆原理。aaaRIEU2直流电动机的基本方程式 由简化的电路图及转矩图，可列出直流 电动机的电动

14、势平衡方程式和转矩平衡 方程式： MM2+M0 式中 M2电动机拖动的负载转矩。 进行与发电机类似的推导，可得到直流 电动机稳态运行时的基本方程式： 直流电动机的效率：aaaRIEU),(/2102affffaMaaaeaIIfRUIpPPMMMICMRIEUnCEpPpPP2121第五节第五节 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性 即正常运行时直流电机端电压U、负载电流I和励磁电流If三个量之间的关系 。 一、他励发电机的运行特性1空载特性即负载电流I0，而原动机可采取加装飞轮等措施，使n近似为常数。由式 有：U正比于，而f（If），所以空载理论特性曲线U0f（If）与电机的磁化曲线f（

15、If）在形状上完全相同（即为图中的虚线）。而由图示空载特性实验的结果可知，实际的空载特性曲线的上升分支和下降分支形成一个回环，这是由于电机铁心有磁滞效应的缘故。一般电机的额定电压位于空载特性曲线的开始弯曲处（称为膝点）较合适。此时铁芯可被充分利用，端电压U稳定。 aaaRIEUnCEUea02外特性 当转速n和励磁电流If为常数时，端电压随负载电流I而变化的曲线Uf（I）为求外特性曲线，试验接线图同前，但合上开关S，并使发动机转速保持不变。改变负载电阻Rfz和励磁回路电阻Rf，使IIe时，UUe。然后保持Rf不变，调节负载电阻Rfz使I由Ie逐步降至零，每步都记下U和I的值，然后根据测出的数值

16、可绘出外特性曲线。分析：由直流发电机的电枢回路电动势平衡方程式当I加大时，电枢电阻压降IaRa增大，使端电压降低。由式可知，当I加大时，由于电枢反应的去磁作用增强，使气隙磁通减小，感应电动势Ea下降，从而使端电压U进一步降低。他励发电机端电压从空载到满载时下降不多，其电压调整率：一般情况U（510）左右 aaaRIEUnCEea%1000eeUUUU二、并励发电机的运行特性并励发电机的接线图如图 所示。其中电枢电流IaIIf 。1外特性 并励时电压变化率要大得多。他励时，励磁电流是不变的，端电压的下降仅由电枢反应的去磁作用和电枢回路电阻压降所引起的。而在并励时，随着负载电流的增加，端电压下降，

17、励磁电流也成比例地减小，使每极磁通降低，从而使感应电动势和端电压进一步降低，有时U可达30左右。 图中1是他励发电机的外特性曲线； 2是自励发电机的外特性曲线2自励过程和自励条件 由发电机的工作原理，发电机是因为电枢中的绕组导体切割磁力线而产生感应电动势，即磁场的存在是感应电动势产生的必要条件，磁场是由励磁电流产生的，而对于并励发电机，在电枢开始转动的瞬间，并无励磁电流，而在一个没有磁场的环境中，无论电枢如何转动，都不会有电流产生。在电枢开始转动的瞬间，尽管没有励磁电流If，但由于主磁极的低碳钢片中有剩磁（且低碳钢产生剩磁的效果较好），电枢转动时电枢绕组切割剩磁磁通产生电动势Er；Er在励磁回

18、路中产生励磁电流If1。如果极性正确， If1会在磁路中产生与剩磁方向相同的磁通，使气隙磁密增强，从而使电动势增大为E1。E1又使励磁电流增加到If2。如此不断增大，互相促进，但由于励磁回路中有电阻，因而存在电压降IfRf，它随If呈直线变化，而U随If的增加呈曲线变化，因而发电机的电压U不会无限的增长。只可增加到二根直线和曲线的交点A，A即稳定工作点。 如果励磁回路反接，励磁绕组中的励磁电流所产生的磁通将与剩磁磁通方向相反，励磁电流就会减小剩磁磁通电机将不能自励。见曲线3。励磁回路的电阻过大，由公式（此时的Ra应包括Rf），当励磁回路的压降IfRf大于或等于励磁电动势的增量时，不能使磁通增加

19、，电机也不能自励。aaaRIEU 通过上述对自励过程的分析可见，自励发电机自励的条件有三条： l）电机的主磁路要有剩磁。 2）励磁绕组接法正确，使励磁电流所产生的磁通与剩磁磁通同方向。 3）励磁回路的总电阻要小于自励临界电阻。 如果在实际使用中发现励磁绕组接入后，电枢电压不但不升高，反而下降，说明接法励磁绕组的错误，此时只要把励磁绕组接到电枢的两根引线对调一下即可。 提高发电机的转速，可提高其临界电阻值。第六节第六节 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 指电源电压UUe常数，电枢回路不串入附加电阻的条件下，电动机的转速n、电磁转矩M、和效率与输出功率P2之间的关系曲线。即nf（P2）、M

20、f（P2）、f（P2）。但由于测量电枢电流Ia比测量功率容易，而在忽略定损时， Ia与P2成正比。故也把n、 M、与电枢电流Ia的函数关系称为运行特性。一、并励电动机1转矩特性 Mf（Ia）在并励电动机中，当U 、Rf不变时，If是常数。由 ：当负载电流减小时的变化很小，可认为是常数，所以电磁转矩M随Ia成正比变化；当负载电流较大时，电枢反应的去磁作用将使略为减少，这时电磁转矩的增加不如电枢电流增加得快，而使Mf（Ia）曲线变为非线性。 2转速特性 nf（Ia）要求出n与Ia的函数关系，利用公式 和 可得：aaaRIEU)(1aaeaeaeIRUCICRCUnnCEeaaMICM 分析式 空载

21、时Ia0，空载转速当负载电流增加时， IaRa的影响将使转速下降，而电枢反应的去磁作用使趋向减小，使转速上升，这两者的作用是相反的，故当负载电流变化时，并励电动机的转速变化较小。通常电枢回路电阻压降的影响较电枢反应的影响大，故并励电动机的转速特性曲线是略微向下倾斜的。评价转速特性的指标转速变化率：n很小的转速特性称为硬特性；反之称为软特性。并励电动机的转速变化率通常仅为38，属于硬特性。 3机械特性 nf（M）由电磁转矩公式 得 代入上式得：因负载增大时，变化较小，可近似地认为M正比于Ia。因此只要将nf（Ia）横坐标的标尺改变，该曲线就可以代表机械特性nf（M）的变化关系。 )(1aaeae

22、aeIRUCICRCUnaMICMCUne0%1000eennnnCMIMaMCCRCUnMeae4效率特性 f（Ia）p0空载损耗，也叫定耗。对上式求导，可得在 时效率最高，一般并励电动机在3/4额定负载运行时效率最高。直流电动机的运行特性曲线见右图。使用并励电动机时，励磁回路不可断路。因为当励磁回路断路时，气隙磁通将骤然减小到微弱的剩磁，感应电动势也随之减小，由于机械惯性的作用，电动机的速度不能跃变，由式 电枢电流将急剧增加，使电动机严重过载。此时电磁转矩的变化可能有两种情况：由式 ，当电枢电流的增加所引起的电枢磁场的变化不足以补偿磁通的减少时，电磁转矩将减小，使电动机减速；反之，当电枢电

23、流的增加程度超过磁通的减小程度时，电磁转矩将增大，使电动机加速， Ia进一步增加，直至转速、Ia都上升到危险的高值。在这两种情况，电枢电流都要超过额定值许多倍。 %100)1 (%100)1 (20112aaaUIRIpPpPPaaRIp20aMICMCMIMa二、串励电动机1转矩特性 Mf（Ia） 由式 当负载较小时，K Ia 2转速特性 nf（Ia） 由式 串励电动机的转矩及转速均随Ia的变化而急剧变化，为了防止Ia过小时电动机转速过大而导致电动机的损坏，串励电动机不允许轻载运行，更不允许空载起动。一般最低负载不应小于额定负载的2530。由串励电动机的运行特性可知串励电动机优点为：（1）起

24、动转矩大，过载能力强。因为电磁转矩几乎正比于电枢电流的平方，因而串励电动机的机械特性较软，适合电气牵引和起动设备的拖动，以及其它起动频繁、负载变化大的设备。（2）因为其机械特性较软，由式P2M2知，当转矩增大时，转速迅速降低，使电动机的输出功率比较稳定，这样电动机不仅不会过载，而且由电网供给电动机的电功率也保持在比较稳定的数值，不会引起电网电压的波动。 aMICM)(1aaeaeaeIRUCICRCUn22KCKICICMMaMaMKCRKICUICRCUneaaeaeae第七节第七节 直流电动机的起动直流电动机的起动 指电动机接通电源后，转速由零上升到稳定转速的全过程。要求：在保证起动转矩足

25、够大的前提下，尽量减小起动电流。 直流电动机的起动方法有：全压起动，电枢回路串电阻起动和降压起动。 一、全压起动在额定电压下直接起动，其线路图如图示。起动时，先合上开关Sl，使励磁回路首先通电建立起主磁场，然后合上开关S2使电动机起动。全压起动方法的优点：设备简单，操作方便。缺点：起动电流很大，可达额定电流的1020倍。 可由 知，因为起动时n0， 而Ra很小起动电流过大可能组成的危害有：破坏正常换向，火花很大，烧换换向器；电枢绕组绝缘破坏；起动转矩过大，冲击甚至损坏负载机械；引起供电电源电压过分波动，影响其它用电设备的正常工作。aeaRnCUI二、降压起动 由 可得 起动时n0，IstUe/

26、Ra。如果降低电源电压，就可以减小起动电流。随着转速的上升，将电源电压逐步升到额定值，使电动机达到额定转速。优点：既限制了起动电流，不会对电网运行产生影响；又不会有大量的电能为起动电阻所消耗（因为不需要串起动电阻）。缺点：必须有专用的电源设备，增加了成本。目前广泛应用的是大功率半导体器件所组成的可控整流电源，可以用于直流电动机的调速和降压起动。 三、电枢回路串电阻起动 仅分析他励直流电动机串电阻起动的情况。由前面所述并励电动机的机械特性为若在电枢回路串接电阻 Ra RaR ，并使U=Ue，=e ，即保持电压及磁通不变，则机械特性方程为 称为他励直流电动机的人为特性的方程式。 aeaRnCUIa

27、eaeICRCUnMCCRCUnMeaeMCCRRCUneMeaeee2由式取不同的R值，便得到一族与固有特性相交于n0的人为特性曲线。由图可以看出，随着R的增大，人为特性曲线的硬度降低，实际上是起动电流Ist减小。 但是由电磁转矩的公式Ia过低又将使起动转矩Mst过小，而使所拖动的机械起动不了或起动时间过长。因此，确定所串电阻的值时应考虑：起动电流（或转矩）不能取得太大，否则会损坏电动机或电网运行等；起动电流（或转矩）不能取得太小，否则会起动不起来或起动时间过长满足不了生产机械的需要。 起动电流的大小应取得合适，以充分利用电动机的过载能力，使电动机产生适当的起动转矩。一般情况下，取最大起动电

28、流Istm为：Istm（1.82.5）Ie由此，根据IstUe/Ra，即可知 所串电阻aMICMMCCRRCUneMeaeee2aestmRRUIastmeRIUR由式 知，当n上升到一定值时应切除起动电阻，否则无法继续上升。但由式 知，在切除起动电阻的瞬间， Ia又将突然增加而超过Istm 。为了解决以上问题，采取分级切除电阻的办法，以保证每次切除（解除）电阻时Ia不超过Istm。各级电阻的计算方法是：1）计算 式中I1Istm 。2）计算其中m为起动电阻的级数，其确定原则是：取切换电流Ich为额定电流的110120； 切除电阻的瞬间Ia不超过I1。（可编程求解）3）求R2、R3 Rm其中

29、， 4）计算r1、r2 、 rmr1R1R2， r2R2R3 ， rm1Rm1Rm， rmRmRaammmRRRRRRRRRR1433221amRR12amRR23amRRMCCRRCUneMeaeee2aeeaRnCUI11IURemaRR1 由r1R1R2，r2R2R3 ， rm1Rm1Rm， rmRmRa 验算： R1r1R2r1r2R3r1r2rmRa 说明计算结果正确。第八节第八节 直流电动机的调速直流电动机的调速 由直流电动机的人为转速特性的方程 可知直流电动机可通过改变电枢回路电阻，改变磁通，改变电枢端电压等方法调速。一、改变电枢回路的电阻调速 Ue不变，串入不同的电阻调速。特点

30、：因为串入电阻后的特性都比固有特性软，所以只能获得由额定转速向下的调速；在串入电阻后的短期内电流Ia和电磁矩M有所下降，当电动机的转速下降至新的稳定值时， Ia和M恢复的原来的值。因而这种调速方法适用于拖动恒转矩负载，但经济效果差（因为电阻要消耗功率）。 二、改变磁通调速改变磁通调速也称为弱磁调速。 由公式 而由公式 ，得 因此可得到 aeaeICRRCUnaeaeICRCUnaMICM CMIMaMCCRCUneMeaee2分析式可知，改变磁通调速是通过在励磁回路中增加电阻，使励磁电流If和磁通减小而调速，其特点是：控制方便而且能量损耗小（因励磁电流只有电机额定电流的13）；属于弱磁调速，只

31、能从额定转速向上调，因为电动机的转速不能过分升高，因此在实际应用中受到限制；转速升高后，电枢的电流Ia将增大（由式 可知）。三、改变电枢端电压调速 在保持励磁磁通和负载转矩不变的条件下，通过改变电枢的端电压调速。 其特点：调速的过程中，机械特性硬度保持不变 ，即使在空载时也可得到很低的稳定转速； 调速范围宽，可以做到无级调速；需要附加调压设备；对于并励电动机，不能通过改变电源的电压调速（因为励磁回路的电流随电源电压而变化），而只能通过仅改变电枢的端电压调速。通过改变电枢端电压调速的方法在对调速性能要求高的领域得到广泛的应用。 )(12MCRUCMCCRCUneMaeeeMeaeeCMIMaae

32、aeICRCUn四、改变直流电动机转向的方法要改变直流电动机的转向，必须改变电磁转矩的方向。根据左手定则，改变电磁转矩的方向有两种方法：或者改变磁通的方向，或者改变电流的方向。如果两者同时改变，则电磁转矩的方向不变。看P112例52三相异步电动机改变转向的方法？第九节第九节 直流电动机的制动直流电动机的制动 在机械设备上，除了有机械制动装置外，还可使用（或增加）电气转动系统，以便使电动机能迅速、准确地停车或反向运转。 直流电动机的电气制动有三种方法：能耗制动；回馈制动；反接制动。 一、能耗制动 将正在运转的电动机电枢两端从电源断开（励磁绕组仍接电源），并立刻在电枢两端接入一电阻，由前面所讲述的

33、直流电机可逆原理，电动机就从电动状态变为发电状态，将机组的动能转变为电能消耗在电阻上，故称之为能耗制动。 由电动机的电动势平衡方程式 aaaRIEU 可变为 ，当电动机接成能耗制动时，电压U0，电动机在惯性的作用下仍在旋转。 此时电枢电流的大小为 负号表明电枢电流改变了方向。问题：不串电阻Rz的结果？ 电磁转矩： 其中： 可得到 此式就是并励电动机在能耗制动时的机械特性。式中负号表明能耗制动时电磁转矩M的方向和转速n的相反。即为制动力矩。 由此式可以看出，在转换为能耗转动的瞬间，转动力矩最大，随转速的降低，制动转矩逐步降为零。 采用能耗制动的方法，在转速很低时，产生的转矩较小，制动作用不大，因

34、此常和机械制动配合使用。 aaaREUIzaazaaaRRERREUInRRCCERRCICMzaeMazaMaM2MCCRRneMza2nCEea 二、回馈制动 当直流电动机的轴上受到外加转矩的作用，比如电车下坡、起重机所吊运的重物下落时，将使电动机加速超过理想空载转速，即n n0，此时电枢电动势 由直流电动机的电动势平衡方程式知 电枢电流改变了方向 将外力输入的机械能变成电能回馈给电网，因此电动机的这种运行状态称作为回馈制动。 因为电流改变了方向，由式 知，这时电磁力矩M变成了制动力矩。 制动力矩对防止机械及电动机的超速有利。0aaaREUI0nCUnCEeeaaMICM 三、反接制动突然

35、改变电枢电压的极性（励磁绕组极性不变），并在电枢中串接一个较大的电阻R，由式 ，因为的方向不变，由于惯性，n的方向也不变，故反电动势的方向不变。此时电枢反电动势和电枢端电压同向，电枢电流为：电枢电流为负，由式 ，电磁转矩变成为制动转矩。在该转矩和负载转矩的共同作用下，电动机转速迅速下降。 反接制动方式所产生的冲击电流较大，需串入相当大的电阻，故能量损耗大；所产生的制动作用比较强烈，制动快，但容易引起反向起动。在要求准确停车的场合不宜采用反接制动，而采用能耗制动较为适宜。在要求正反向运转的系统，如刨床等，采用这种制动方式比较有利，它可使传动系统迅速制动，并随之立即反向起动。 nCEeaaaaaaRREURREUIaMICM 通常电动机在额定负载下的铜耗 约占总损耗p的5075。 所以： P112例522)75. 05 . 0(eIPIUReeeaaaRI2 直流电动机结构复杂，成本高，故障多，维护困难，经常因火花大而影响生产； 换向器的换向能力限制了电动机的极限容量和速度，其极限容量和速度之积约为106kWr/min，许多大型机械的传动电动机已接近或超过该值，设计制造困难，甚至根本造不出来； 改善换向能力，要求电枢漏感小，转子短粗，导致转动惯量（J）增大，影响系统动态性能，在动态性能要求高的场合，不得不采用双电枢或三电枢，带来造价高、占地面积大、易共振等一系列问题，日本