双证书培训——直流电动机

1、第一节第一节 直流电动机的结构与工作原理直流电动机的结构与工作原理 第二节第二节 直流电动机的分类及应用直流电动机的分类及应用第三节第三节 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性第四节第四节 直流电动机的控制直流电动机的控制直流电动机直流电动机 一、直流电动机结构一、直流电动机结构 直流电动机主要由直流电动机主要由定子定子和和转子转子组成。组成。 第一节第一节 直流电动机的结构与工作原理直流电动机的结构与工作原理一、直流电动机结构一、直流电动机结构 1 1定子：定子： 直流电动机的定子由直流电动机的定子由主磁极主磁极、换向磁极换向磁极、机机座座和和电刷装置电刷装置等部件组成。等部件组成。 主

2、磁极主磁极是由主磁极铁心和套在主磁极铁心上的励磁绕组组成，是由主磁极铁心和套在主磁极铁心上的励磁绕组组成，其作用是产生方向不变的主磁场。其作用是产生方向不变的主磁场。 换向磁极换向磁极是由换向极铁心和套在换向极铁心上的换向极绕组是由换向极铁心和套在换向极铁心上的换向极绕组构成，装在相邻的两主磁极之间，用来产生附加磁场，其作用构成，装在相邻的两主磁极之间，用来产生附加磁场，其作用是改善电动机的换向。是改善电动机的换向。 机座机座由铸钢或钢板制成，除了用来支撑保护主磁极、换向磁极、由铸钢或钢板制成，除了用来支撑保护主磁极、换向磁极、端盖和转子外，还是电动机磁路的一部分，称之为磁轭。端盖和转子外，还

3、是电动机磁路的一部分，称之为磁轭。 电刷装置电刷装置由电刷、刷架、弹簧等构成，利用弹簧把电刷压在由电刷、刷架、弹簧等构成，利用弹簧把电刷压在转子的换向器上。其作用是通过固定的电刷和旋转的换向器之转子的换向器上。其作用是通过固定的电刷和旋转的换向器之间的滑动接触，使转动的转子电路与静止的外电路相连接。间的滑动接触，使转动的转子电路与静止的外电路相连接。 一、直流电动机结构一、直流电动机结构 2 2转子转子 直流电动机的转子由直流电动机的转子由电枢铁心电枢铁心、电枢绕组电枢绕组、换向器换向器、转轴转轴、风扇风扇等部件组成。等部件组成。 电枢铁心电枢铁心由硅钢片冲制迭压而成，是磁路的一部分，在外圆由

4、硅钢片冲制迭压而成，是磁路的一部分，在外圆上有均匀分布的槽，用来嵌放电枢绕组。上有均匀分布的槽，用来嵌放电枢绕组。 电枢绕组电枢绕组是由许多绕组元件构成，它们按一定的规则嵌放在是由许多绕组元件构成，它们按一定的规则嵌放在电枢铁心表面的槽里，并按一定的规则和换向器连接起来，使电枢铁心表面的槽里，并按一定的规则和换向器连接起来，使绕组本身连成一个回路，当直流电流通过时，受到定子磁场的绕组本身连成一个回路，当直流电流通过时，受到定子磁场的电磁力产生电磁力矩而转动，实现电能向机械能的转换。电磁力产生电磁力矩而转动，实现电能向机械能的转换。 换向器换向器是由许多换是由许多换向片组成的圆柱体，向片组成的圆

5、柱体，装在转子的一端。装在转子的一端。 换向片之间相互绝缘，换向片之间相互绝缘，每一换向片按一定的每一换向片按一定的规则与电枢绕组元件规则与电枢绕组元件连接。连接。 二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 图解图解1图解图解2图解图解3图解图解4FFFFFFFFFFFF电流流向：电源正极电刷A换向片1abcd换向片2电刷B电源负极，根据左手定则判断线匝将受电磁力矩向逆时针方向转动。 二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 图解图解1电流流向：电源正极电刷A换向片1abcd换向片2电刷B电源负极，根据左手定则判断线匝将受电磁力矩向逆时针方向转动。 二、直流电动机工作原二、直流电动机工

6、作原理理 图解图解1FF二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 图解图解2 当线匝转到图当线匝转到图示示位置时，换向片位置时，换向片 1、2分别被碳刷分别被碳刷A、B短接，线匝中电短接，线匝中电流为零，线匝不受流为零，线匝不受力，线匝靠惯性转力，线匝靠惯性转过这一位置。过这一位置。 二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 图解图解2 当线匝转到图当线匝转到图示示位置时，换向片位置时，换向片 1、2分别被碳刷分别被碳刷A、B短接，线匝中电短接，线匝中电流为零，线匝不受流为零，线匝不受力，线匝靠惯性转力，线匝靠惯性转过这一位置。过这一位置。 二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理

7、 图解图解3FFFFFFFFFFFF线匝靠惯性转过这一线匝靠惯性转过这一位置后，换向片位置后，换向片2、1分别与电刷分别与电刷A、B滑滑动接触，如图所示，动接触，如图所示，这时的电流流向为：这时的电流流向为：电源正极电源正极电刷电刷A换向片换向片2dcba换换向片向片1电刷电刷B电源电源负极，根据左手定则负极，根据左手定则判断线匝受电磁力矩判断线匝受电磁力矩的方向不变，依然作的方向不变，依然作逆时针方向转动。逆时针方向转动。 二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 图解图解3FF线匝靠惯性转过这一线匝靠惯性转过这一位置后，换向片位置后，换向片2、1分别与电刷分别与电刷A、B滑滑动接触，如

8、图所示，动接触，如图所示，这时的电流流向为：这时的电流流向为：电源正极电源正极电刷电刷A换向片换向片2dcba换换向片向片1电刷电刷B电源电源负极，根据左手定则负极，根据左手定则判断线匝受电磁力矩判断线匝受电磁力矩的方向不变，依然作的方向不变，依然作逆时针方向转动。逆时针方向转动。 当线匝转到图示位当线匝转到图示位置时，换向片置时，换向片 1、2又分别被碳刷又分别被碳刷A、B短接，电流为零，短接，电流为零，线匝不受力，线匝线匝不受力，线匝靠惯性转过这一位靠惯性转过这一位置置 。二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 图解图解4从此可以看出，由从此可以看出，由于换向器的作用，于换向器的作用

9、，使得转子转到使得转子转到N、S极下的导体电流方极下的导体电流方向不变，转子所受向不变，转子所受力矩方向不变，转力矩方向不变，转子沿一个方向转动。子沿一个方向转动。如果没有换向片，如果没有换向片，线匝不可能持续转线匝不可能持续转动。动。 二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 图解图解5FFFF二、直流电动机工作原二、直流电动机工作原理理 4 4直流电动机的可逆性直流电动机的可逆性 根据电源极性、电流方向、左手根据电源极性、电流方向、左手定则判定转动方向。定则判定转动方向。 根据转动方向、右手定则判定感根据转动方向、右手定则判定感应电动势方向和输出电源极性。应电动势方向和输出电源极性。

10、FF+ -直流电动机FF+ -直流发电机三、直流电动机铭牌三、直流电动机铭牌 直流电动机直流电动机 型号型号 Z221 额定功率额定功率 1.1KW 额定电压额定电压 110V 额定电流额定电流 13、45A 额定转速额定转速 1500转转/分分 励磁方式励磁方式 并励并励 励磁电压励磁电压 100V 励磁电流励磁电流 0、71A 绝缘等级绝缘等级 B 工作方式工作方式 S1 质量质量 59千克千克 出品编号出品编号出品日期出品日期 2006年年3月月 电机厂电机厂 1 1型号型号 Z 2 Q3 2 2号铁心长度号铁心长度 3号机座号机座 Q表示卧式电机，不加字母表示一般用途防护式表示卧式电机

11、，不加字母表示一般用途防护式 2表示第二次设计表示第二次设计 Z表示直流电动机表示直流电动机 Z 4 160/ 22 1 1号端盖号端盖 2号铁心号铁心 极数为极数为2 中心高度中心高度mm 第四次设计第四次设计直流电动机直流电动机 直流电动机的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。直流电动机的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。字母与数字意义如下：字母与数字意义如下： 2额定值额定值 （1 1）额定功率：）额定功率：电机长期运行所允许的输出功率。对发电机长期运行所允许的输出功率。对发电机来说是指输出的电功率；对电动机电机来说是指输出的电功率；对电动机来说是指轴上输出的机械功率。来说是指轴上输出

12、的机械功率。（2 2）额定电压：）额定电压：电机正常工作时出线端的电压值。对发电机正常工作时出线端的电压值。对发电机来说是输出电压，对电动机来说是电机来说是输出电压，对电动机来说是电源输入的电压。电源输入的电压。（3 3）额定电流：）额定电流：电机在额定运行时的电流值。对发电机电机在额定运行时的电流值。对发电机来说是供给负载的电流，对电动机来说来说是供给负载的电流，对电动机来说是从电源输入的电流。是从电源输入的电流。（4 4）额定转速：）额定转速： 电机电压、电流均为额定值时转子的旋电机电压、电流均为额定值时转子的旋转速度，单位为转转速度，单位为转/ /分。分。2额定值额定值 （5 5）励磁方

13、式：）励磁方式：励磁绕组和电枢绕组的接线关系，有励磁绕组和电枢绕组的接线关系，有他励、并励、串励、复励等。他励、并励、串励、复励等。（6 6）额定励磁电压：）额定励磁电压：加在励磁绕组两端的额定电压。加在励磁绕组两端的额定电压。（7 7）额定励磁电流：）额定励磁电流：电机额定运行时所需的励磁电流。电机额定运行时所需的励磁电流。（8）工作方式：）工作方式： 也叫定额，电机在额定状态运行时能也叫定额，电机在额定状态运行时能持续工作的时间，分为连续、短时和持续工作的时间，分为连续、短时和断续三种，分别用断续三种，分别用S1、S2、S3表示。表示。电机所用绝缘材料的等级电机所用绝缘材料的等级 （9）绝

14、缘等级：）绝缘等级：3直流电机系列直流电机系列 Z3系列系列：为一般用途的小型直流电机系列。“Z”表示直流，“3”表示第三次改型设计。系列容量为0.4 kW200kW。 ZF和和ZD系列：系列：为一般用途的中型直流电机系列。“F”表示发电机，“D”表示电动机。系列容量自55kW（320rmin）到1450kW（1000r/min）。 ZZJ系列：系列：为起重、冶金用电动机系列。第二节第二节 直流电动机的分类及应用直流电动机的分类及应用 一、他磁直流电动机一、他磁直流电动机 他励式直流电机的励磁电流由另外的直流电源提供，励磁绕组与电枢绕组没有电路的联系 。 按照励磁方式不同，直流电动机可分为按照

15、励磁方式不同，直流电动机可分为他磁式他磁式、并励并励式式、串励式串励式、复励式复励式等。等。 第二节第二节 直流电动机的分类及应用直流电动机的分类及应用 二、并励直流电动机二、并励直流电动机1结构：结构： 并励直流电动机的励磁绕组和电枢并励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组绕组并联并联，励磁绕组的，励磁绕组的匝数较多匝数较多，线径较细线径较细。三、串励直流电动机三、串励直流电动机 1 1串励直流电动机的结构原理串励直流电动机的结构原理串励直流电动机的励磁线圈和电枢绕组相串联，串励直流电动机的励磁线圈和电枢绕组相串联，因而励磁线圈的电流与电枢绕组的电流相等。它的特因而励磁线圈的电流与电枢绕组的电流相

16、等。它的特点是励磁绕组匝数较少，线径较粗，励磁绕组上的电点是励磁绕组匝数较少，线径较粗，励磁绕组上的电压降很小。压降很小。三、串励直流电动机三、串励直流电动机 直流电动机的旋转方向是由定子磁场方向和电枢电直流电动机的旋转方向是由定子磁场方向和电枢电流方向决定的，改变其中的任何一个，都会使电动机的流方向决定的，改变其中的任何一个，都会使电动机的旋转方向改变，如果同时改变两个方向，电动机的旋转旋转方向改变，如果同时改变两个方向，电动机的旋转方向则不改变，对于串励电动机来说，电枢绕组和励磁方向则不改变，对于串励电动机来说，电枢绕组和励磁绕组串联，改变电源电压方向时，两者中的电流方向都绕组串联，改变电

17、源电压方向时，两者中的电流方向都要改变，电动机旋转方向并不改变，要改变，电动机旋转方向并不改变，因此串励电动机的因此串励电动机的转向与电源极性无关，转向与电源极性无关，可以用交流电源供电。因此，串可以用交流电源供电。因此，串励式电动机是励式电动机是交直流两用电动机交直流两用电动机。因为交流供电远比直。因为交流供电远比直流供电方便，所以串励式电动机更多地采用交流供电，流供电方便，所以串励式电动机更多地采用交流供电，因此也叫做单相串励（串激）式电动机。因此也叫做单相串励（串激）式电动机。 1 1串励直流电动机的结构原理串励直流电动机的结构原理三、串励直流电动机三、串励直流电动机 2 2串励电动机的

18、应用串励电动机的应用 （1 1）电动工具）电动工具冲击电钻冲击电钻手电钻手电钻普通交流电钻普通交流电钻普通直流电钻普通直流电钻三、串励直流电动机三、串励直流电动机 2 2串励电动机的应用串励电动机的应用 （2 2）电动缝纫机）电动缝纫机 家用电动缝纫机多用交直家用电动缝纫机多用交直流两用串励电动机，用交流流两用串励电动机，用交流220V市电供电，电动机转速由市电供电，电动机转速由脚踏开关控制。脚踏开关控制。依靠改变串依靠改变串接在电源线上的可变电阻接在电源线上的可变电阻的数值，或改变串接电抗的数值，或改变串接电抗器的抽头，来改变电动机器的抽头，来改变电动机的端电压，从而达到调速的端电压，从而达

19、到调速的目的的目的，家用缝纫机的电动机，家用缝纫机的电动机转速转速700-8000转转/分。分。 三、串励直流电动机三、串励直流电动机 2 2串励电动机的应用串励电动机的应用 （3 3）电吹风电动机）电吹风电动机 电吹风是电动机带动风扇电吹风是电动机带动风扇高速旋转，将通电的电热元件高速旋转，将通电的电热元件产生的热量带出，形成热风吹产生的热量带出，形成热风吹干物体。干物体。 电吹风电动机多使用电吹风电动机多使用单相串励式电动机，用单相串励式电动机，用220V220V交交流电供电，也有使用罩极式单流电供电，也有使用罩极式单相交流电动机，无须调速。相交流电动机，无须调速。三、串励直流电动机三、串

20、励直流电动机 2 2串励电动机的应用串励电动机的应用 （4 4）吸尘器电动机）吸尘器电动机 吸尘器是利用高速旋转的电动吸尘器是利用高速旋转的电动机转子轴上安装的风叶将吸尘器筒机转子轴上安装的风叶将吸尘器筒内的空气排出，使筒内形成局部真内的空气排出，使筒内形成局部真空。依靠筒内外的气压差将筒外的空。依靠筒内外的气压差将筒外的灰尘经吸尘器软管吸入筒内，再通灰尘经吸尘器软管吸入筒内，再通过过滤袋将灰尘留在袋内。吸尘器过过滤袋将灰尘留在袋内。吸尘器使用交直流两用串励电动机，转速使用交直流两用串励电动机，转速高达高达1300013000转转/ /分分-21000-21000转转/ /分，无分，无需调速。

21、功率需调速。功率200W-1000W200W-1000W不等。不等。四、复励直流电动机四、复励直流电动机 主磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，主磁极上有两个励磁绕组，一个与电枢绕组并联，另一个与电枢绕组串联。当两个绕组产生的磁通方向一另一个与电枢绕组串联。当两个绕组产生的磁通方向一致时，称为积复励电机；反之，称为差复励电机。积复致时，称为积复励电机；反之，称为差复励电机。积复励电机较差复励电机工作稳定，工作特性和机械特性介励电机较差复励电机工作稳定，工作特性和机械特性介于串励和并励之间。于串励和并励之间。 五、直流电动机的应用实例五、直流电动机的应用实例 刮水器电动机、冷却风扇电动机、

22、空调风扇电动机、门窗电动刮水器电动机、冷却风扇电动机、空调风扇电动机、门窗电动机等，这些电动机因为功率较小，一般采用铁氧体（或稀土）机等，这些电动机因为功率较小，一般采用铁氧体（或稀土）永磁永磁直流电动机直流电动机，也有用无刷直流电动机的。，也有用无刷直流电动机的。 1 1汽车、摩托车电机汽车、摩托车电机 起动发动机（汽油机或柴油机）用的起动机实际上就是一台起动发动机（汽油机或柴油机）用的起动机实际上就是一台直直流串励式电动机流串励式电动机，当发动机刚起动时阻力矩最大，起动机（串励，当发动机刚起动时阻力矩最大，起动机（串励式直流电动机）处于完全制动工况下，转速和反电动势都为式直流电动机）处于完

23、全制动工况下，转速和反电动势都为0，蓄，蓄电池供给最大的起动电流，故能产生最大的起动转矩，将发动机很电池供给最大的起动电流，故能产生最大的起动转矩，将发动机很容易地起动，当发动机转速达到一定值时和起动机脱离。因为发动容易地起动，当发动机转速达到一定值时和起动机脱离。因为发动机起动时间很短，所以采用短时工作制电动机，起动后应迅速断开机起动时间很短，所以采用短时工作制电动机，起动后应迅速断开起动机电路。起动机电路。五、直流电动机的应用实例五、直流电动机的应用实例 电动自行车用普通直流电动机（有刷）或无刷直流电动机，电动自行车用普通直流电动机（有刷）或无刷直流电动机，通过串接电阻器或采用斩波电路改变

24、电动机上的电压来调速。通过串接电阻器或采用斩波电路改变电动机上的电压来调速。 2 2音像设备电动机音像设备电动机 在录音机、电唱机、录象机、摄象机、在录音机、电唱机、录象机、摄象机、VCDVCD、DVDDVD等音像设备中等音像设备中所用的电动机，一般是专用的永磁直流电动机所用的电动机，一般是专用的永磁直流电动机 。3 3剃须刀电动机剃须刀电动机 电动剃须刀使用永磁式直流电动机，由电池或整流器供电。电动剃须刀使用永磁式直流电动机，由电池或整流器供电。电动机转速达电动机转速达4500450065006500转转/ /分。电动机的定子由永久磁钢产生分。电动机的定子由永久磁钢产生固定磁场，电枢为三个磁

25、极，线圈绕线方向相同。三个线圈头尾固定磁场，电枢为三个磁极，线圈绕线方向相同。三个线圈头尾相接并接在换向片上。这种结构保证电枢停在任何位置时，都能相接并接在换向片上。这种结构保证电枢停在任何位置时，都能获得起动转矩。获得起动转矩。4 4玩具电动机玩具电动机5 5电动自行车电机电动自行车电机一、一、直流电动机转矩和电动势直流电动机转矩和电动势 由理论分析和实验证明，直流电动机产生的电磁由理论分析和实验证明，直流电动机产生的电磁转矩与电枢电流和磁极磁通的乘积成正比转矩与电枢电流和磁极磁通的乘积成正比 第三节第三节 直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性 由上式可知，要增大直流电动机的转矩，只需增

26、大励由上式可知，要增大直流电动机的转矩，只需增大励磁电流（在主磁极不饱和的情况下）和电枢电流即可。磁电流（在主磁极不饱和的情况下）和电枢电流即可。 aTaemICIapNT21直流电动机转矩直流电动机转矩 2直流电动机电枢绕组的反电动势直流电动机电枢绕组的反电动势 电枢转动时，绕组导体切割定子磁场的磁力线产生电枢转动时，绕组导体切割定子磁场的磁力线产生感应电动势，由右手定则判断正好与外加的直流电压方感应电动势，由右手定则判断正好与外加的直流电压方向相反，故称为向相反，故称为反电动势。反电动势。 上式说明反电动势的大小与磁极磁通和电枢转速成正比。上式说明反电动势的大小与磁极磁通和电枢转速成正比。

27、 CT, Ce都是电机的结构常数，两者之间的数量关系为nCnapNeaNEeaa602eTC55. 9C 1电势平衡 电动机运行时，其电枢电动势Ea的方向与电枢电流Ia 的方向相反，电源电压U与电枢电动势Ea和电枢内部电压降IaRa平衡，即 U= Ea+ IaRa 2功率平衡方程式 将上式的两端分别乘以电枢电流Ia 得 IaU=EaIa+ Ia2Ra 第三节 直流电动机的机械特性二、直流电动机的平衡方程式二、直流电动机的平衡方程式 上式中IaU为电动机的输人功率，用P1表示；EaIa为电动机的电磁功率，用P表示；Ia2Ra为电动机电枢绕组的损耗功率，用Pcu表示。那么，上式可表示为 P= P2

28、 + Pcu 。 于是功率平衡方程为 P1 = P2 + Pcu + Pm = P2 +P 式中，P为电动机的总损耗功率。 3转矩平衡 T=T2+T0 分析上式可知，改变直流电动机的转速可以有三种分析上式可知，改变直流电动机的转速可以有三种方法：方法：（1 1）改变电源电压，简称）改变电源电压，简称调压调压；（2 2）改变电枢电路中的调节电阻，简称）改变电枢电路中的调节电阻，简称调阻调阻；（3）改变励磁电流从而改变主磁通，简称）改变励磁电流从而改变主磁通，简称调磁调磁。 三、三、转速转速 U= Ea+ IaRaeCaaNRIUnnCEea 有以上分析可知当直流电动机所受阻力矩增加使电动机转速下

29、降时，有以上分析可知当直流电动机所受阻力矩增加使电动机转速下降时，产生的反电动势减小，在外加电压恒定的情况下，电枢电流增加，从产生的反电动势减小，在外加电压恒定的情况下，电枢电流增加，从而使电磁转矩也增大，直至增大到与阻力矩相平衡时，电动机又在较而使电磁转矩也增大，直至增大到与阻力矩相平衡时，电动机又在较低的转速下做平衡运转。反之，当直流电动机所受阻力矩减小使电动低的转速下做平衡运转。反之，当直流电动机所受阻力矩减小使电动机转速增加时，产生的反电动势增加，在外加电压恒定的情况下，电机转速增加时，产生的反电动势增加，在外加电压恒定的情况下，电枢电流减小，从而使电磁转矩减小，直至减小到与阻力矩相平

30、衡时，枢电流减小，从而使电磁转矩减小，直至减小到与阻力矩相平衡时，电动机又在较高的转速下平稳运转。电动机又在较高的转速下平稳运转。 由此可知，直流电动机在负载发生变化即阻力矩发生变化时，电枢由此可知，直流电动机在负载发生变化即阻力矩发生变化时，电枢转速、电流、转矩都会自动做相应的调整，以满足驱动不同负载的需要，转速、电流、转矩都会自动做相应的调整，以满足驱动不同负载的需要，这就是直流电动机转矩自动平衡原理。这就是直流电动机转矩自动平衡原理。 转矩公式转矩公式反电动势公式反电动势公式转速公式转速公式电压平衡方程式电压平衡方程式U= Ea+ IaRaeCaaNRIUnnCEeaaTICT从从公式公

31、式也可看出，当励磁电阻太大或断路时，励磁电流很小，磁也可看出，当励磁电阻太大或断路时，励磁电流很小，磁通很小，致使转速很大，甚至出现通很小，致使转速很大，甚至出现“飞车飞车”现象，因此并励电动机运现象，因此并励电动机运行时，励磁绕组绝不能断路。行时，励磁绕组绝不能断路。 四、 直流电动机的机械特性（以并励式为例） 当并励式直流电动机的电压U=UN，电枢回路和励磁回路电阻均不变时，电动机的转速与转矩的关系 n=f（T）称为机械特性。 n= n0- T式中， n0称作并励式直流电动机的理想空载转速，为机械特性曲线的斜率，越大，转速随转矩的变化程度越大。 n=U/Ce-(R/CeCt2) )T 绘制

32、的并励式直流电动机的机械特性，如图(b)所示。它表明并励式直流电动机随转矩的增大，电动机的转速逐渐按线性下降，下降的程度用机械特性硬度表示。即曲线的斜率仅越小，下降的程度越小，机械特性硬度越大，电动机的运行越稳定 在电枢回路中，只有电枢绕组的电阻时，并励式直流电动机的机械特性称作固有机械特性。如果保持电源电压和励磁回路总电阻R不变，在电枢回路中串入不同阻值的电阻时的机械特性，称作人为机械特性，人工机械特性曲线的斜率随电枢回路总电阻R的大小而改变。电枢回路串入的外加电阻值越大，特性曲线的硬度越小，电动机的运行越不稳定。一、 直流电动机的启动 直流电动机的启动是指直流电动机接通电源，转速从“0”开

33、始到转速稳定的过程。启动是直流电动机的过渡过程，对电机的运行性能和使用寿命及安全存在较大的影响。 对直流电动机启动的基本要求是：有较大的启动转矩和较小的启动电流，启动设备简单、经济、可靠且操作方便等。第四节 直流电动机的控制 1全压启动 直接将电动机接在额定电压的电源上进行启动，在启动的过程中无限流、降压措施的启动方式称作全压启动。启动前，先合上励磁开关，建立主磁场，然后合上开关S，使电动机直接启动。 全压启动的操作简单，不需要其他启动设备。但由于启动时，电枢两端加入额定电压，此时电枢回路中的启动电流：ISt=（UN-Ea）/R= UN/R 。在启动瞬间，感应电动势Ea较小，故启动时将产生较大

34、的启动电流ISt，从而造成换向的困难，对电网产生不利影响，导致其他用电设备不能正常运行。所以，全压启动方法只适用于功率为12 kw的小功率直流电动机。 2变阻器启动 由ISt= UN/Ra可知，为了限制过大的启动电流，在启动过程中，可在电枢回路中串接电阻器Rst以减小启动电流ISt 。 在电枢回路串接电阻器Rst后的启动电流为ISt=UN/（Ra + Rst） 在启动过程中，要保证切除外加电阻时电枢的电流不超过限定值，应采用随着转速的上升，逐级切除电阻，完成电动机的分级启动。 在启动的过程中，在电枢回路串接电阻的目的是为了限流，切除电阻的目的是为了获取更大的转矩，提高电机的转速、减小损耗提高能

35、量的转换效率。用变阻器限流启动时，操作方便，但用它来启动大容量电动机时变阻器容量大较为笨重，若经常使用还会消耗较多的电能。因此，对于需要经常启动的大容量电动机，常常采用降压启动的方法。 3降压启动 从公式可以看出，减少电枢两端的电压u，也能达到减小启动电流的目的。用这种方法启动时，开始时加于电动机电枢两端的电压很低，较小，随着电动机转速的提高，逐步增加电枢电压U，但要保证电枢电流限定在允许范围内。同时要注意，启动时励磁绕组必须在额定电压UN下工作。 采用降压启动时，需要一套专用的直流发电机或晶闸管整流电源作为电动机的电源。降压启动虽能保证启动电流小、启动过程平滑、能世损耗少，但需要专用的调压设

36、备，投资较大。二、 直流电动机的反转 如图所示，改变电源极性，电动机的磁场方向和电枢绕组中的电流方向同时改变。电动机的转动方向却没有改变。要改变电动机的转动方向，只需保持磁场方向不变而改变电枢绕组中的电流方向，或改变电动机的磁场方向而保持电枢绕组中的电流方向不变。 三、 直流电动机的调速 在工业生产中，有许多生产机械为了满足不同的生产工艺要求，需要改变工作速度。采用一定的方法，人为地改变电动机转速，使生产机械满足生产需要。在负载不变的情况下，改变电动机转速的做法称作调速。对电动机调速的要求是：调节的范围宽广，过程平滑，方法简单、经济。 从并励式直流电动机的转速公式可知，改变电枢回路的电阻Ra、

37、改变电源电压U和改变气隙磁通，都可以改变电动机的转速。1改变电枢回路电阻的调速 电枢回路接人电阻后，增大，机械特性变软。在负载不变的情况下，电枢回路接人的电阻越大，电动机的转速下降越多，因而电动机的转速越低。 电枢回路串联可变电阻器调速的接线原理与电枢回路串联可变电阻器启动的接线原理相同。但要注意的是，因为调速电阻要长时间接入电路运行，电阻的额定功率较大；启动电阻工作时间短，电阻的额定功率较小。因而，调速电阻器可作启动电阻器使用，启动电阻器却不能作调速电阻器使用。 电枢回路串联可变电阻器只能在低于额定转速的范围内调速，但方法简单；串联的电阻消耗了一部分电能，使调速效率较低；同时机械特性变软，负载变化时电动机产生较大的速度变化。 2改变电压的调速 仅改变电源电压时，他励式直流电动机和并励式直