第8章 变压器与电动机

第8章变压器与电动机变压器与电机是实现机电能量转换的装置，它们都是常用的电气设备。其中，变压器用于将电能与磁能的互换，应用这一特性可提供所需电压，进行信号耦合以及阻抗匹配等；电动机用于将电能变为机械能，它在家用电器、工农业生产等领域得到广泛的应用。因此，本章首先以变压器为研究对象，在介绍变压器基本原理和结构之后，叙述了单相变压器的运行特性，并简要介绍自耦变压器和仪用互感器的基本原理。第8章变压器与电动机以此为基础，接着介绍三相异步电动机的工作原理及结构，叙述了旋转磁场的建立问题，着重对异步电动机的电磁特性进行分析，得出了异步电动机的机械特性，为正确使用异步电动机打下基础。最后简要介绍直流电动机的基本原理，作为初步了解和选用时参考。本章重点讨论变压器和异步电动机的工作原理及特性，在实际工作中十分有用，应很好掌握。本章基本内容的教学课时，建议不少于6学时，其中变压器2学时，三相异步电动机4学时。对特殊变压器和直流电动机等内容，各院校可根据实际需要选学。8.1变压器

变压器的类型很多，根据不同用途，有输配电用的电力变压器、冶炼用的电炉变压器、电解用的整流变压器、焊接用的电焊变压器、实验用的调压器和测量用的仪用互感器等。虽然变压器的种类多，结构上也有差异，但他们的基本原理却是一样的，都是通过磁路来工作。因此，下面简要介绍磁路的基本概念。

变压器和电机都是以磁场为媒介，以电磁感应理论来实现能量转换。因此，他们都需要有集中磁场的闭合路径，称为磁路。为了在较小的励磁电流下产生强磁场，那么磁路就应由高导磁性的铁磁材料构成。

1．铁磁材料的磁性能铁磁材料是指铁、钴、镍及其合金（即硅钢片）以及铁氧体等，它具有以下主要特性。

(1)高导磁性在物理学中可知，铁磁材料在外加磁场的作用下会被磁8.1.1磁路的基本概念化。此时，由于铁磁材料内部磁畴转到与外磁场相同的方向，故产生的附加磁场将远大于外磁场。铁磁材料的这种高导磁性，使得它在一定的励磁电流作用下，可得到很高的磁感应强度，即产生足够强的磁通。因此，它在变压器和电机等许多领域得到了广泛的应用。

（2）磁饱和性磁性材料所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限制地增强。在直流励磁时，铁磁材料的磁化特性曲线B=f（H）如图8.1.1所示。由图可见，磁化特性曲线为非线性，在oa段B随H的变化缓慢；在ab段B随H几乎按正比例变化；在bc段B随H的变化又缓慢下来；在C点以后，随着H的继续增加，由于铁磁材料全部磁畴都转到了与外磁场方向一致，故B达到了最大值，这种现象称为磁饱和。当铁磁材料饱和时，其导磁系数µ变小，导磁性能变差。

（3)磁滞性当交流励磁时，磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H，这种现象称为磁性材料的磁滞性。此时，磁性材料的磁化曲线如图8.1.2所示，它是一条封闭曲线，称磁滞回线。

8.1.1铁磁材料的磁化特性曲线

8.1.2铁磁材料的磁滞回线

由图8.1.2可见，当磁场强度由Hm减小到0时，B并没有回到零值，此时的Br称为剩磁感应强度，简称剩磁。若要去掉剩磁，应使铁磁材料反向磁化，当磁场强度为-HC时B才为零。此时的HC称为矫顽力。由于磁滞现象的存在，铁磁材料在交变励磁电流的作用下，在被磁化过程中还会产生磁滞损耗，使铁磁材料发热。磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积成正比。磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料两大类。软磁材料的主要特点是磁导率高，磁滞回线窄，剩磁和矫顽力都较小。常用的软磁材料有电工纯铁、硅钢片、铁镍合金、铁铝合金、软磁铁氧体、铁钴合金等，适用于制造变压器、交流电机等各种铁心。硬磁材料的主要特点是磁导率低，磁滞回线宽，剩磁和矫顽力都较大。常用的永磁材料有铝镍钴、稀土钴、铁氧体等，适用于制造永久磁铁等。

2．基本电磁关系磁路通常是由铁心线圈构成的，而铁心线圈是将线圈绕制在铁心上做成的。变压器和交流电动机都要用到交流铁心线圈，该铁心线圈所接的电源是交流电，如图8.1.3所示。（1）电磁感应定律

在图8.1.3中，当外加交流电压u时，线圈中便产生交流励磁电流i。此时，线圈匝数N与励磁电流i的乘积称为磁动势F，即F=Ni。由此产生两部分磁通，即主磁通和漏磁通。他们分别产生主磁电动势e和漏磁电动势eσ，由KVL可得到铁心线圈的电压平衡方程为式中R为线圈电阻，通常很小，一般情况下，iR和eσ都可以忽略不计。因此，上式可写成

（8.1.1）主感应电动势与线圈N以及磁通的关系，符合电磁感应定律。即设主磁通，并代入式（8.1.2）中可得到由式（8.1.3）可得到主磁通产生的感应电动势有效值为因此，外加电压的有效值近似等于电动势的有效值，即

（8.1.3）

（8.1.2）

（8.1.4）

（8.1.5）

上式表明，当线圈匝树数和电源频率一定时，磁路中的主磁通只取决于线圈的外加电压，与磁路的导磁材料和尺寸无关。另外，当外加电压一定时，在产生同样磁通的情况下，磁路的材料不同，线圈中的电流也不同。（2）功率损耗交流铁心线圈中的功率损耗有两部分，一部分是铜损PCu

，它是线圈电阻通过电流时发热产生的损耗，故PCu=I2RCu；另一部分是铁损PFe，它是铁心的磁滞损耗Ph和涡流损耗Pe的总称。则交流铁心线圈总的功率损耗ΔP可表示为

8.1.3交流铁心线圈电路（8.1.6）

为了减小损耗，线圈的线径应选择粗些，电阻系数小些；为了减小磁滞损耗，应选择软磁性材料做铁心；为了减小涡流损耗，交流铁心线圈的铁心应做成叠片状，并且各片之间要有很好的绝缘。变压器实际上是一种特殊的交流铁心线圈，其结构可分为心式和壳式两种，如图8.1.4所示。从结构看，他们都由一次绕组和二次绕组、闭合铁心等几个主要部分组成。

1.铁心变压器铁心的作用是构成磁路。为了减少磁滞损耗和涡流损耗，铁心通常用厚度为0.2mm~0.35mm的硅钢片交8.1.2变压器的基本结构

8.1.4变压器的基本结构和符号错叠装而成，而且硅钢片的表面涂有绝缘漆，形成绝缘层。在一些小型变压器中，也可采用铁氧体替代硅钢片。

壳式变压器的结构特点是铁心包围线圈；心式是线圈包围铁心，其结构简单，绕组装配容易，故目前多数变压器均采用心式结构。

2.绕组

绕组是用绝缘扁线或圆导线绕成的线圈。小容量变压器的绕组多用高强度漆包线绕制，大容量变压器的绕组可用绝缘铜线或铝线绕制。接在电源的绕组称为一次（又称初级）绕组，接在负载的绕组称为二次（又称次级）绕组。变压器绕组可以做成同心式和交叠式两种。其中，同心式绕组的一次和二次绕组同心地套装在铁心柱上。为便于绝缘，一般是将二次绕组装在里层，一次绕组套在外层。交叠式绕组做成饼式，一次和二次绕组互相交叠放置，主要用于电炉和电焊变压器，应用范围较小。变压器除了上述基本部件外，还有其他附件，如油箱、冷却油、绝缘套管、储油柜（油枕）、气体继电器、测温装置和分接开关等。小型变压器一般采用空气自冷，大、中型变压器采用油冷。一个实际的电源变压器外形，如图8.1.5所示。图8.1.5电源变压器心

1.空载运行图8.1.6所示为单相变压器空载时的原理图，其中，变压器一次绕组接电源，二次绕组不接负载（开路）。这时，一次绕组产生空载电流i10

，而且一次和二次绕组同时与主磁通φ交链。根据电磁感应定律可知，主磁通φ在一次和二次绕组中分别产生频率相同的感应电动势e1和e2

，即

8.1.3变压器的工作原理

（8.1.7）图8.1.6变压器的空载运行式中N1和N2分别为一次绕组的二次绕组的匝数，ω=2πf为电源的角频率，E1m和E2m分别为e1和e2的最大值。由式（8.1.7）可得到电动势的有效值表达式为

(8.1.8)

变压器空载时一次绕组的情况与交流铁心线圈中情况类似。根据式（8.1.5）和式（8.1.8）可得到

(8.1.9)再看二次绕组，由于I2=0，即I2r2=0，故二次绕组电压u2等于开路电压u20

，则有由式(8.1.9)和式(8.1.10)可推导出变压器的电压变换关系为可见，输入电压和输出电压之比等于感应电动势之比，也是一次绕组和二次绕组的匝数比，故将k定义为变压器的变比。

2.有载运行

当变压器接上负载ZL后，在二次绕组产生的电流为i2，如图8.1.7所示。这种情况称为变压器的有载运行状态。

(8.1.10)

（8.1.11）

变压器接上负载后，一次绕组和二次绕组的电流分别为i1和i2，它们分别产生磁动势i1N1和i2N2

。根据楞次定律，i2N2产生的磁通是与主磁通φm反向的。所以，i1在所建立的磁动势i1N1除了要维持主磁通φm基本不变之外，还要抵消磁动势i2N2对主磁通的影响。因此，作用在铁心上的总磁动势为i1N1+i2N2两个分量。由于磁路具有恒磁通特性，无论有无负载，只要电源电压有效值U1不变，主磁通φm就基本不变，也就是说产生主磁通的磁动势总和不变。因此，有负载时产生主磁通的合成磁动势i1N1+i2N2等于空载时产生主磁通的磁动势i10N1

，用相量可表示为ZL图8.1.7变压器的负载运行

（8.1.12）

由于变压器的空载电流

很小，约为一次侧额定电流

的（2%~10%），故

可视为零。则有

（8.1.13）式中的负号说明i1和i2相位相反，即i1N1对i2N2有去磁作用。①变换电流由式（8.1.13）可得出一次绕组和二次绕组电流有效值之比为

（8.1.14）上式说明一次侧电流与二次侧电流之比与绕组的匝数成反比，与变压比的倒数成正比。可见，变压器不仅有变换电压的作用，还有变换电流的作用。

②变换阻抗在电子技术中，总是希望负载能获得最大功率。负载能获得最大功率的条件是负载电阻等于信号源内阻。在实际电路中，负载阻抗与信号源内阻往往是不相等的，若将负载直接接在信号源上就难于能获得最大功率。因此，可由变压器进行阻抗变换，从而实现阻抗匹配。图8.1.8（a）是接有负载阻抗Z的变压器电路，图8.1.8（b）为变压器从一次侧看进来的等效电路，它与图（a）中一次侧的端电压U1和电流I1分别相同，Z/是负载Z等效到一次侧的阻抗。下边讨论Z/和Z之间的数量关系。由图8.1.8（b）可知在图（a）中

（8.1.15）

图8.1.8变压器阻抗变换的等效电路可见，经过变压器的变换后，相当于负载的阻抗增加了k2倍。因此，在一些电子设备中，为了获得最大的功率输出，可以利用变压器将负载阻抗增大或减小到正好等于电源的内阻抗，以达到最佳的功率“匹配”。

【例8.1.1】收音机的扬声器为8。(1)若将它接在内阻RS为800，电动势Es为10V的交流放大器上，求放大器输送给扬声器的功率。（2）若通过k=10的变压器连接在放大器上，再求放大器输送给扬声器的功率。解：（1）若将扬声器直接接在放大器上，如图8.1.9（a）所示，此时扬声器的功率为

（2）若将扬声器（R）通过变压器接在放大器上，如图8.1.9（b）所示，则根据图8.1.9（c）的等效电路，扬声器得到的功率为

可见，通过变压器进行阻抗变换以后，扬声器可以得到大得多的功率。图8.1.9例8.1.1示意图3．变压器的外特性变压器的外特性是在一次绕组加上电压U1N和二次绕组的负载功率因数cosφ2不变时，二次电压U2随负载电流I2的变化规律，即U2=f（I2）。变压器相对于负载是一个电源。因此，当I2增大时，在二次绕组中在电阻r2及漏电抗x2上的电压降增大，U2随I2的增大略有下降，所以变压器外特性是一条略向下倾斜的特性曲线，如图8.1.10所示。二次侧电压的变化情况，除了由外特性表示外，还可以用电压调整率ΔU%表示。当I2由0增大到I2N（二次额定电流），若输出端从开路电压U20降到U2，则电压调整率ΔU%为为图8.1.10变压器的外特性曲线（8.1.15）

4.变压器的同名端变压器的多个绕组在串联或并联时，必须注意其同名端。在图8.1.11（a）中若将电流iab和icd分别从绕组的a端和c端流入，那么铁心中产生的磁通Фab和Фcd是互相增强的，所以a端和c端便称为这两个绕组的同名端，另外，不对应的两端a和d则为异名端。显然，f端与h端也是同名端。可以看出，从所有同名端送入电流时，在同一铁心中产生的磁通都是互相增强的。在变压器的符号图上，同名端常用小圆点表示，如图8.1.11（b）所示。实际上同名端也反映了变压器各绕组电动势的同相位关系，所以同名端又称为同极性端。判断同名端的方法是：同一铁心上有两个绕组，每个绕组有首端和末端，如两个绕组绕向相同，两个首端则为同名端，如图8.1.12（a）的A、a端；同一铁心上有两个绕组，如两个绕组的绕向相反，如图8.1.12（b）所示，一个绕组的首端A与另一绕组的末端x则为同名端。了解了变压器的同名端以后，便不难进行绕组的串联或并联。图8.1.12同名端的表示图8.1.11多绕组变压器

5.变压器的主要额定参数

(1)额定容量SN

变压器额定容量是指变压器的额定视在功率SN，单位VA，KVA或MVA。变压器在传递能量过程中，效率很高，可达95%以上，故通常二次绕组按一次绕组的相等容量设计。

(2)额定电压U1N和U2N

U1N是指额定运行情况下，一次绕组接线端点之间所施加的电压；U2N是指一次绕组在外加电压为U1N时，二次绕组输出端的空载电压U20，即U2N=U20。（3）额定电流I1N和I2N

根据额定容量和额定电压所计算的电流，称为额定电流，单位A或KA。即（4）额定频率fN

我国规定电力工业的标准频率为50Hz，而欧洲许多国家的市电频率为60Hz，航空器的电源频率一般为400Hz。1.自耦变压器

自耦变压器一般用于调节输出电压，又称为调压器。从结构上看，自耦变压器与上述变压器有区别，如图8.1.13所示，其中的二次绕组是一次绕组的一部分。因此，自耦变压器两侧绕组不但有磁耦合，也有电气连接，所以没有电气隔离作用。从原理上来讲，自耦变压器与上述变压器一致，电压比k也等于匝数比。即（8.1.16）

8.1.4特殊变压器图8.1.14所示为自耦变压器结构外形和连接图。使用自耦变压器时应注意，输入端必须接在交流电源上，输出端应接到负载上，不能接错，否则有可能将自耦变压器毁坏。2．仪用互感器仪用互感器是一种测量用的变压器，它有电压互感器和电流互感器两种类型。图8.1.14自耦变压器的结构及连接图图8.1.13自耦变压器示意图

（1）电压互感器测量高压线路的电压，如果用电压表直接测量，不仅对工作人员很不安全，而且要求仪表的绝缘等级也非常高。故需用有一定变比的电压互感器将高电压变为低电压，以方便测量。电压互感器一次侧的匝数多，二次侧的匝数少，如图8.1.15所示。图中，一次侧接高压电网电压，如6kV、330kV、500kV等，二次侧输出电压均为100

V。为了保证人员安全，使用电压互感器时高压电路与仪表之间应有良好的绝缘材料隔开；铁心与二次绕组的一端应安全接地；另外，二次侧电路不能短路。图8.1.15电压互感器（2）电流互感器电流互感器是主要用来测量低压线路中的大电流。它的一次绕组匝数少，串联在负载电路中；二次绕组的匝数多，通过电流表短接，电路连接如图8.1.16所示。一次侧电流为10~25000A，二次侧电流均为5A。使用时，电流互感器二次侧绕组的地端应良好接地，并且二次侧电路不允许开路。图8.1.16电流互感器【练习与思考】8.1.1如果把一次侧220V的电压变为二次侧的110V的电压，变压器一、二次匝数原来分别为2200匝/1100匝，如果把它改为20匝/10匝，可以这样做吗？为什么？

8.1.2有一变压器，一次绕组电压=3000V，二次绕组电压=220V，如果负载是一台220V，15kW的电阻炉，试求变压器一次、二次绕组的电流各为多少？

8.2三相异步电动机

按照供电形式，电动机分为直流电动机和交流电动机。电动玩具和便携式的电动装置，大多使用直流电动机；家用电器一般使用交流异步电动机；工业生产的驱动装置，通常使用三相异步电动机。由于异步电动机的结构简单、运行可靠和维护方便等优点，得到了广泛的应用。8.2.1三相异步电动机的结构三相异步电动机由定子和转子组成，如图8.2.1所示。

1．定子定子是电动机的固定部分，它主要由定子铁心、定子绕组和机座等组成，用于产生旋转磁场。定子铁心通常用0.5图8.2.1三相异步电动机的构造

8.2.1三相异步电动机的结构

mm厚的硅钢片叠压而成，各片间涂有绝缘漆。小型电动机为圆形冲片，大中型电动机由扇形冲片拼成，它的内表面有均匀槽孔，用于嵌放定子绕组。三相定子绕组U1U2，V1V2，W1W2对称地嵌放在铁心中，在空间上分别相差，称为三相对称绕组。其中U1、V1

、W1称为三相绕组的首端；U2、V2

、W2称为三相绕组的末端。这6个端子引出到机座接线盒的接线柱上，可以让用户根据需要将三相绕组接成Y形或D（即Δ）形，如图8.2.2所示。图8.2.2三相异步电动机接线柱的联结

2．转子转子是电动机的旋转部分，它由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成，用于驱动外部机构运动。转子铁心是电动机主磁路的一部分，通常用0.5mm硅钢片叠压成圆柱体，在外圆周表面冲有槽孔，用于嵌放转子绕组。转子绕组分为笼型和（绕）线型两种。笼型的转子外形像个笼子，因而得名。对于容量为100kW以上的大型电动机，笼型转子常用铜条插入转子内，并在铜条两端焊上端环构成，如图8.2.3（a）所示。对于中、小型电动机的笼型转子，为了节省铜材料，一般采用铸铝转子，如图8.2.3（b）

所示。图中，突出部分是散热的风叶，它在铸造铝转子的同时制成，以简化制造工艺，降低成本。线型绕组和定子一样，也是在空间安放对称的三相绕组，并接成星形，然后将3个首端接到转轴三个彼此绝缘的铜制滑环上，如图8.2.4所示。图中，滑环对转子是绝缘的，它通过电刷将转子绕组的3个首端引出到机座的接线盒里，以便在转子回路中串入变阻器，用于改善电动机的起动性能和调速性能。图8.2.3笼型转子结构图8.2.4线型转子的结构示意图1—转子铁心2—转子绕组3—电刷4—变阻器5—滑环6—转轴

三相异步电动机由定子的旋转磁场切割转子导体，使转子产生电流，再与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩而使转子转动。所以，定子产生旋转磁场是转子转动的先决条件。

1．旋转磁场

（1）旋转磁场的产生及转向在三相对称定子绕组中，U1U2、V1V2和W1W2在空间上互差1200。如果将三相绕组联结成星形，并接到对称的三相正弦交流电源上，如图8.2.5所示。当三相绕组各自通入电流，将分别产生交变磁场。这3个交变磁场在定子空8.2.2三相异步电动机的工作原理间合成为一个两极磁场。下面取、和的特定时刻加以分析，以窥全貌。图8.2.5定子绕组通入交变电流

当ωt=00时，iu=0，故U1U2绕组中没有电流；iv为负值，则电流由末端V2流入，从首端V1流出；iw为正值，电流由首端W1流入，从末端W2流出。根据右手螺旋定则，V1V2绕组和W1W2绕组产生各自的磁场，它们在定子空间中合成的磁场如图8.2.6（a）所示。此时，对于定子铁心来讲，上方相当于N磁极，下方相当于S磁极，即合成的磁场形成了两个磁极，也称一对磁极，故磁极对数p=1。当ωt=600时，iw=0，故W1W2绕组中没有电流；iv

为负值，则电流由末端V2流入，从首端V1流出；iu为正值，电流由首端U1流入，从末端U2流出。这时，V1V2绕组和

U1U2绕组各自的磁场，在定子空间中合成的磁场如图8.2.6（b）所示。由此可见，此时合成的磁场与图8.2.6（a）比较，惟一的区别是磁极轴线在空间上沿着顺时针方向旋转了600。当ωt=900时，iu为正值，则电流由U1端流入，从U2端流出；iv为负值，则电流由V2端流入，从V1端流出；iw为负值，电流由W2端流入，从W1端流出。同理，可画出此时空间中合成的磁场如图8.2.6（c）所示。它与图8.2.6（a）比较看出，惟一的区别是此时合成磁场的磁极轴线在空间上沿着顺时针方向旋转了900。

图8.2.6两极旋转磁场示意图依此类推，当定子三相对称绕组通入三相对称的正弦交流电流变化一个周期时，合成磁场也在空间相应旋转了一个周期，即3600。这个合成磁场如同一对磁极在旋转的磁场一样，它的磁场大小不变，旋转方向从U相转到V相，再转向W相，即按照U→V→W的正序方向旋转。随着交流电周期性地流入定子绕组，则所产生的旋转磁场将一直沿着顺时针方向不停地旋转。若要改变旋转方向，只要将电动机U、V、W中任意两根接线交换时，旋转磁场就变为逆序旋转。

（2）旋转磁场的转速由图8.2.6可见，当三相交流电变化一个周期T时，则磁场在空间旋转了一圈因此，电流每秒变化f周期，则旋转磁场的转速为每秒f转。若用表示每分钟定子磁场的转速（称为同步转速），即可得到

除此之外，旋转磁场还与磁极对数有关。通过合理设计，定子的磁极对数可以做成一对、二对、三对或更多对。

可以证明，当磁极对数p=2时，交流电变化一个周期，合成磁场只旋转1800，其转速为。由此可推广到具有p对磁极旋转磁场的转速为

2.转差率三相电流产生的旋转磁场切割转子铜条或铝条时，即可使转子上产生感应电势和电流。当转子感应电流与旋转磁场相互作用（电动原理）时，则可产生电磁转矩使转子转动。（8.2.1）

转子的转动方向与旋转磁场方向相同，但它的转速n应比同步转速低，以保证转子与旋转磁场有相对运动而产生电磁转矩。转子转速与磁场转速不同步（即不相同），这就是异步电动机名称的由来。同步转速与转子转速之差，用△n表示，叫做转速差。转速差与同步转速之比，称为转差率，用s表示。即（8.2.2）

转差率是异步电动机的一个主要参数。在电动机起动瞬间，转差率最大，s=1；在空载运行时，转子的转速最高，则转差率最小。通常三相异步电动机在额定负载条件下运行时，转子的转速比空载时略低，所以额定转差率sN约为1%~9%。

【例8.2.1】有一台三相异步电动机，其额定转速为975r/min，电源频率为50Hz，磁极对数p=3。试求它的转差率。解：由式（8.2.1）可求出同步转速为

则转差率s为1．电磁转矩特性电磁转矩是由转子导电条中的电流I2与旋转磁场φ相互作用产生的。因此，电磁转矩T的大小与I2、φ以及转子电路的功率因数cosφ2成正比。而I2和cosφ2均与转差率s、转子电阻R2、电动机起动瞬间的转子感抗X20以及电源电压U1等有关。可以证明，异步电动机的电磁转矩T可表示为

8.2.3三相异步电动机的运行特性式中KT为与电动机结构相关的常数。由式（8.2.3）可见，电磁转矩与电源电压的平方成正比，说明电源电压的变化对电磁转矩影响很大。当电源电压和频率一定，且R2和X20都为常数时，电磁转矩T只随转差率s变化，即T=f（S），它的特性曲线如图8.2.7所示，称为电磁转矩特性曲线。（8.2.3）图8.2.7电磁转矩特性曲线

上图可分为两个区域。当（即

）时，可认为T与s成正比，且曲线变化比较明显；当（即

）时，可认为T与s成反比，且曲线变化比较平坦。在图8.2.7中，还可以得到以下几个重要转矩。（1）最大转矩Tmax

在曲线上的最大值，称为最大转矩Tmax

。当对式（8.2.3）求导，令并时，则可求得出现最大转矩时的转差率为将式（8.2.4）代入式（8.2.3），可得到最大转矩为

当负载转矩超过时，电动机被迫停转。此时定子和转子电流都将剧增，使电动机的温度迅速升高，很容易导致电动机的绕组烧毁。为此，引入了过载系数，它是指电动机最大转矩Tmax与额定转矩TN的比值。即（8.2.4）

（8.2.5）

一般来说，异步电动机的过载系数约为2，特殊用途的异步电动机可选大些。（2）起动转矩Tst

电动机在起动瞬间（n=0时）的转矩称为起动转矩，用Tst表示。此时将s=1代入式（8.2.3）得到起动转矩为由式（8.2.7）可见，与U12和R2有关。U1降低时，Tst将（8.2.6）

（8.2.7）

减小；适当增大R2时，Tst将增大。只有当Tst≥TN(额定转矩)时，电动机才能起动运行。为此，通常用起动转矩与额定转矩的比值来反映电动机的直接起动能力，用λst

表示。其中式中，TN为额定转矩，P2N为电动机的额定输出功率（kW），

nN为电动机的额定转速。（8.2.8）笼型异步电动机的直接起动能力低，一般为1~1.2，起重机用的电动机，要求直接起动能力要高些。而线型异步电动机起动时，常在转子绕组中外接电阻来增大起动转矩，可改善起动性能。待起动之后，再将外接的起动电阻短接。

2.机械特性在实际工作中，常用异步电动机的机械特性n=f(T)来分析，它是从曲线顺时针旋转900得到的，反映了电动机转速n与电磁转矩T的函数关系，曲线如图8.2.8所示。图8.2.8机械特性曲线a从上图曲线所对应的两个区间来看，当0<s<s时称为稳定运行区间，当s<s<1时称为非稳定运行区间。下面简要分析这两个区间的运行情况。

(1)稳定运行设负载转矩TL为TN时，电动机稳定运行在0<s<sm区间，则电磁转矩等于负载转矩T=TN，n=nN；若由于某种原因使负载转矩TL增大时，最初瞬间T<TL，所以电动机转速开始下降n<nN，s增大，使电磁转矩T增加。当T增加到重新等于TL时，则电动机在新的状态下运行，但此时转速变低。可见，在0<s<sm范围之内运行时，无论TL增大或减小，电动机都能够自动适应负载的变化，通过调节自身转速和转矩来达到新的平衡，从而保持稳定运行。此区间曲线上的ab段相对比较平坦，说明电动机转矩在较大范围变化时，它的转速变化不大。这种情况称为硬的机械特性。在这个区间电动机的运行调节过程，可以归纳如下：

TL↑→n↓→s↑→T↑→T=TL（运行时转速下降）

(2)非稳定运行

在sm<s<1区间，如果负载TL增大时，同样由于T<TL使电动机转速n下降。从这区间的曲线来看，T与s的变化方向相反，n下降则使s增大，反而使T减小。这样，T与TL差距变大，使转速进一步下降，很有可能使电动机停车，即n=0。停车时将造成转子及定子绕组的电流急剧增大，使电动机过热而损坏。总之，在sm<s<1区间，电动机的转速和转矩不能适应负载的变化。在这个区间电动机的运行过程，可以归纳如下：

TL↑→n↓→s↑→T↓→T<<TL→n↓↓…→n=0(停车)

【例8.2.2】有一台三相异步笼型电动机，其额定功率PN为100kW，额定转速为1480r/min，λm=2.2，λst=1.2。试求它的额定转速、起动转矩和最大转矩。解：由可得到额定转矩为1.电动机的铭牌数据及额定值（1）铭牌数据

三相异步电动机机座上有一块铭牌如图8.2.9（a）所示，它标示出该电动机的铭牌数据，主要有以下内容。①型号

按国家标准规定，型号包括产品名称和规格代号，由汉语拼音大写字母或英语字母加阿拉伯字母组成，其含义如图8.2.9（b）所示。8.2.4三相异步电动机的使用图8.2.9电动机铭牌及型号的含义

②额定功率与效率

电动机定子加额定电压，轴上带额定负载（指定子电流为额定电流）时，电动机轴上的输出机械功率，用表示。效率是指额定功率与输入功率之比，即。

③

额定电压与接法

额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，它与绕组的接法有对应关系。目前Y系列异步电动机的额定电压都是380V，功率在3kW以下都接成Y型，而4kW以上都接成D形，一般规定电压偏移不应超过额定值的5％，过高或过低均会缩短电动机的使用寿命。

④额定转速它指电动机在定子为额定电压和额定电流时，电动机轴上的转速，它略小于同步转速。⑤绝缘等级

绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的，不同等级绝缘材料的极限温度见表8.2.1所示。表8.2.1绝缘材料的耐热分级和极限温度。绝缘等级

AEBFH极限温度(0C)105120130155180三相异步电动机在满负荷时（额定负载）功率因数和效率均较高，；在空载或轻载时，其功率因素和效率均较低，所以要尽量避免电动机处于轻载运行或长期空载运行。

2．起动线型异步电动机在起动时通常在转子中串接起动电阻，既可降低起动电流，也可增大起动转矩。下面主要讨论三相笼型异步电动机直接起动和降压起动两种方法。（1）直接起动直接起动，也称为全压起动，它是一种最简单的起动方法。起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压直接加到电动机定子绕组，显然，这时起动电流较大，为额定电流的4~7倍。根据对国产三相异步电动机的实际测量，某些笼型异步电动机的起动电流为额定电流的8~12倍。因此，一般规定，异步电动机功率低于7.5kW时允许直接起动。其他情况下一般应采用降压起动。（2）降压起动降压起动就是降低定子的端电压U1来起动电动机。因为异步

电动机的Tmax、Tst均正比于电网电压U12，所以当U1下降时，Tmax、Tst均成平方关系下降。因此，这种起动方法仅适用轻载或空载场合的起动。降压起动常用方法是Y-D变换起动和自耦变压器的补偿起动。

①星—角变换起动起动时，先将三相定子绕组接成星形，待转速接近稳定时，再改接为三角形，如图8.2.10所示。当开关投向Y时，定子绕组的U1、V1

、W1

（首端）接电源，U2、V2

、W2

（末端）接在一起，组成Y形起动电路。这时，每相绕组所承受电压均为电源的相电压，即为线电压，故起动转矩为直接起动的1/3。当电动机降压起动后且转速接近稳定值时，再将开关Q2迅速投向“D”位置，使定子绕组U1W2、V1U2、W1V2相联，接成D形，外接电源为线电压，并处于长期运行。②自耦补偿起动

自耦补偿起动是利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减少起动电流，其控制线路如图8.2.11所示。起动时，把开关Q2投向“起动”位置，这时自耦变压器一次绕组加全电压，电动机定子绕组为二次绕组的抽头电压，这个电压通常比电源的线电压低。待电动机起动后，由Q2逐段切除自耦变压器的二次绕组，使电动机的转速逐步接近nN。当开关Q2转换到“运行”位置时，则自耦变压器二次绕组全部被切除，电动机处于全压运行。图8.2.10Y-D起动线路图8.2.11自耦补偿起动线路

3．制动当异步电动机工作在反接制动与能耗制动时，共同特点是电动机转矩T与转速n方向相反，电动机在轴上吸收机械能，并转换为电能，以达到制动目的。

（1）能耗制动当电动机需要制动时，首先将电动机开关Q从“运行”位置与交流电源断开，并转接到“制动”位置，使直流电源U立即给定子绕组通入电流，如图8.2.12所示。通入直流电流时，定子绕组将建立一个静止的直流磁场，而电动机转子由于惯性作用继续沿着原来方向转动。根据电磁感应定律可知，此时转子导体切割这个磁场，形成感应电流而产生制动转矩。根据左手定则，可确定制动转矩的方向与原来的转矩方向相反，阻止电动机继续转动，使电动机迅速停车。在这种制动过程中，转子的动能转换为电能，并将其消耗在转子电阻上，所以称为能耗制动。能耗制动的特点是制动平稳，能耗小，但需配直流电源。

（2）反接制动实现反接制动最简单的方法是将定子绕组的两相反接即可，如图8.2.13所示。为了迅速停车（或反向运转），可将Q2由右边（运行）位置搬向左边（制动）位置上，使定子两相反接，改变电源的相序，使旋转磁场的方向发生改变，产生与原来转矩方向相反的制动转矩，这对由于惯性作用仍沿着原来方向转动的电动机起到制动作用。为避免电动机反向起动，这种制动电路还需设有测速装置，当电动机转速接近零时自动切断电源。反接制动的特点是设备简单，制动效果好，但能耗大。有些中小型车床和机床主轴的制动常采用这种方法。图8.2.12能耗制动电路图8.2.13反接制动电路4.调速由异步电动机转速的表达式可见，通过改变磁极对数p、电源频率f1和转差率s，可调节异步电动机的转速。下面简要介绍这三种调速方法。

（1）变极调速由no=60f/p可知，如果磁极对数p减小一半，则旋转磁场的转速便提高一倍。这时，转子的转速也差不多提高一倍。因此，改变p，可以得到不同的转速。但p只能按倍数关系改变，故不能连续调节电动机的转速，因此变极调速也称为有级调速。而p的改变与定子绕组的接法有关。图8.2.14所示是三相绕组中某一相的接法示意图，每一相绕组分成两半，分别为绕组1和绕组2。图8.2.14（a）是两个半绕组1和2正向串联，得到磁极对数p=2，可使电动机的转速下降。图8.2.14（b）是将其中的一个半绕组与另一个半绕组进行反向联接，使两个半绕组1、2中的电流方向相反，得到极数p=1的磁场。图8.2.14（c）所示是将两个半绕组反并联（即绕组的头尾相连），得出p=1。在变极时，一个半绕组中的电流方向不变，而另一个半绕组的电流必须改变方向。若电动机定子内部只有一对磁极时，一般采用这种变极方法来调速。这种电动机称为双速电机，在镗床、磨床、铣床等机床上用得较多。图8.2.14改变定子绕组联接方法的变极调速

（2）变转差率调速转差率的改变往往是通过改变电源电压和转子电阻来实现的。对于电动机，改变电源电压，可以得到不同的电磁转矩特性曲线，如图8.2.15所示。图8.2.15改变电源电压调速

例如，电源电压为U1时，转差率为sa；当电压减小到U1/时，转矩T由a点减小到a/点，使T<TL（阻矩），于是转速n降低转差率s增大，则T随之增大。当转差率从sa增至sb时，T就升到b点，T与TL又取得平衡。但此时电动机的转速比电压为U1时降低了，而转差率却增大了。由于笼型电动机转子电阻通常很小，其稳定运行区间段很陡，这样电源电压在不大的范围内变化时，其转差率和转子转速的变化量都很小。故实际上笼型电动机很少用这种方法来调速。对于线型电动机，因为转子可串入电阻，所以可通过改变转子电路的电阻值来调速。如图8.2.16所示为不同转子电

阻所对应的电磁转矩特性曲线。由此可见，当转子电阻增大时，转差率增大，转速减低；反之，转子电阻减小时，转差率也减小，则转速升高。这种调速方法可使转子转速在较大范围内得到调节，因此具有较好的调速性能。但此方法不适用于笼型电动机。图8.2.16改变转子电阻调速（3）变频调速由no=60f/p可知，改变定子绕组的电源频率，就可以调节旋转磁场的转速，从而实现调速但电源频率是不能改变的，需要采用变频调速装置来实现。变频调速装置主要由整流器、逆变器和控制电路等三大部分组成，如图8.2.17所示。图中，整流器用于将50Hz（大功率采用三相，小功率采用单相）的交流电源变换为直流电；控制电路用于控制整流电流的大小和调节逆变器频率或电压U1等，通用变频器输出上限频率有120Hz和400Hz两种；逆变器用于将直流电变换三相交流电，提供给笼型电动机。由此可以实现电动机的无级调速。图8.2.17变频调速装置示意图在对异步电机进行变频调速时，总希望电动机的主磁通保持额定值不变。若磁通太弱，铁心利用率低，在同样的转子电流下，电磁转矩小，则拖动负载能力下降；若磁通过强，容易造成电动机的磁路过饱和，使电动机的功率因数降低，铁心损耗剧增。可见，磁通过低或过高，都会给电动机带来不良的后果。为此，在实际应用中，应根据不同负载的需要，采用不同的调速方式。目前普遍采用下列两种变频调速方式。

①恒转矩负载的调速当异步电动机采用改变频率调速，从额定转速向下调整时，为了保持主磁通恒定不变，由可知，应保持（常数），也就是电压和频率两者要成比例地同时调节。这样，由可知，当不变时，可使电磁转矩T近似不变，而n0随f1的调节而改变。这就是恒转矩调速。例如在车床控制中，车刀的进给运动可看作是恒转矩运动，就是采用恒转矩调速。

②恒功率负载的调速采用变频调速使电动机运行在额定转速以上时，定子绕组电流的频率将大于额定值。但由于定子绕组电压U1受额定电压U1N的限制，只能再保持U1=U1N。这时，磁通和转矩T都将减小。转速增大，转矩减小，将使电动机的功率近似不变。这种调速方式成为恒功率调速。例如在车床的主轴则希望采用恒功率调速。【练习与思考】8.2.1什么叫同步转速？它与哪些因素有关？一台三相四极交流电动机，试分别写出电源频率f=50Hz与f=60Hz的同步转速。

8.2.2异步电动机额定转速为2900r/min，电源频率为50Hz。试求转子电流的频率。

8.2.3对于额定电压为380/220V的三相异步电动机，若接到线电压为220V的电源上，定子绕组应如何连接（Y/D）？单相异步电动机由单相交流电源供电，它广泛地应用于家用电器上，如电风扇、电冰箱、洗衣机等。它的转子为笼型结构，定子为单相工作绕组。与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机体积较大，运行性能较差。因此，单相异步电动机只做成小容量的，功率约在8~750W之间。

8.3.1单相异步电动机的工作原理单相异步电动机定子为单相绕组，在通入单相交流电流时，设，此电流将产生一个位置固定（磁场轴线与绕组轴线重合），大小随时间作正弦变化的脉动磁通，8.3单相异步电动机

即，它在空间的分布规律，如图8.3.1（a）所示。每一时刻的脉动磁通可以分解为两个旋转磁通φ1和φ2

，如图8.3.1（b）所示。由此可见，φ1和φ2的大小相等，幅值均φm/2，转速相同，但旋转方向相反。例如，在t=0时刻，φ1与φ2的方向相反，合成的φ=0；在t=t1时刻，φ1按顺时旋转ωt1，而φ2按逆时方向旋转ωt1，故合成的。其他的依次类推。由三相异步电动机的转动原理可知，两个旋转磁通将同时在转子上产生电磁转矩T1和T2，由于φ1与φ2的方向相反，则T1和T2的转矩方向也相反，它们的电磁特性曲线图8.3.1定子单相绕组的磁场如图8.3.2所示。其中，而T为T1和T2的合成转矩。图8.3.2电磁特性曲线由此可以看出，当转子静止即n=0时，s=1，T1st和T2st大小相等，方向相反，合成转矩T=0，电动机不能自行起动。但是，若用外力使转子转动起来，例如转子沿着顺时针方向转动，此时s1减小，s2增加，T1＞T2，合成转矩T将使转子继续沿顺时针方向旋转，并将稳定在某一转速上；反之，若用外力使转子反向转动，则合成T将使转子沿着转动方向继续反向转动。这就是说，单相异步电动机需要解决自起动问题。

为了使单相异步电动机能够产生起动转矩，关键是如何在起动时在电动机内部形成一个旋转磁场，目前普遍采用电容分相式的方法来起动。分相式电动机定子上嵌有两个绕组，一个称为主绕组（或称为工作绕组），另一个称为辅助绕组（或者称为起动绕组）。两个绕组在空间相位差900，它们接在同一单相电源上，如图8.3.3所示，其中S为一离心开关，平时处于闭合状态，当电动机的转速达到（75%～80%）n0时，由离心开关把辅助绕组从电源断开。由于主绕组与辅助绕组电路的

8.3.2单相异步电动机的起动控制

阻抗特性不同，就可以构成一个两相定子系统，在电动机中形成旋转磁场，产生起动转矩。在辅助绕组中串联电容器C，若容量选择恰当，可使辅助绕组的电流领先于主绕组电流900，从而获得较大的起动转矩，电动机起动后，也需将辅助绕组从电源切除，由于电容器是短时工作的，一般可选用交流电解电容器。

如果电容器设计长期接在电网上工作，其接线图如图8.3.4所示。这时对电动机本身而言好像是一台二相异步电动机（两个绕组在空间相差900，而绕组中的电流在相位上也约为900），定子绕组在气隙中产生的旋转磁场，使电机的性能有较大的改善，它的功率因数、效率及过载能力都比普通的单相异步电动机高。图中，C为起动电容，C1为运行电容，通常C>C1，所以电动机起动后仍要用离心开关S将起动电容C切除。这种电动机的功率较大，一般为60~750W，广泛地用于农村中抽水用的潜水泵电动机。由于C1长期工作，所以应选用油浸式电容器。图8.3.3电容分相式的接线图8.3.4电容电动机的接线【练习与思考】8.3.1为什么单相异步电动机没有固定的转向？采用分相起动后有固定的转向吗？（观察家中的电风扇）8.3.2分析电容电动机C和C1的作用，农村中潜水泵电动机如不能起动，可能是哪个电容器有故障，如能起动，在运行中力矩不足时有哪些原因？8.3.3三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能起动？而运行中断了一线，为什么可能继续转动？这两种情况对电动机有何影响？8.4直流电动机

直流电动机有较大的起动转矩，可以通过电枢回路中串电阻来限制起动电流。采用调节电枢回路端电压可以获得良好的调速性能，所以对于起、制动频繁，起动转矩较大和调速要求较高的生产机械，如大型起重机械、矿井提升设备、电气机车、龙门刨床、轧钢机、造纸机等生产机械仍采用直流电动机拖动。直流电动机的缺点是构造复杂、价格昂贵、维修困难。本节简述直流电动机的工作原理和分类，扼要介绍其机械特性，调速方法和实际应用。直流电动机也是在电磁基本定律的基础上，由载流导体在磁场中受到电磁力的作用，形成方向不变的转矩，使转子（即电枢）连续旋转的。图8.4.1所示为直流电动机的模型。图中N、S为一对固定的磁极，两个磁极间装着一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢（即为直流电动机的转子），圆柱体表面固定着一个线圈abcd，上线圈记为ab，下线圈记为cd。图中A、B称为电刷，1、2称为换向片。电刷A接直流电源的正极，电刷B接直流电源的负极，电流总是从电刷A流进，经线圈后再8.4.1直流电动机的工作原理由电刷B流出。开始时，线圈边ab处于N极下，线圈cd处于S极下，如图8.4.1所示，根据左手定则，产生的电磁转矩为顺时针方向。转过1800后，线圈变成cd处于N极下，线圈ab变成处于S极下。这时由于电刷和换向片的作用，N、S极下导体的电流方向仍没有改变，产生的电磁转矩仍然是顺时针方向。这样在电磁转矩的推动下，电枢将朝着顺时针方向继续旋转。外电路将直流电压加于直流电动机电刷两端，电枢导体里的电流是交流才能保证电枢继续朝同一方向旋转，而使外电路的直流在导体里成为交流是由换向器来完成的。图8.4.1直流电动机的工作原理图少数微型直流电动机以永久磁铁作为固定磁场，大多数直流电动机是在主磁极的励磁绕组中通以直流电流来建立励磁磁场。励磁电流的获得方式不同，电动机的运行特性就有很大差别。直流电动机的励磁方式分为他励、并励、串励和复励等四种类型。

1．他励直流电动机他励式直流电动机的接法如图8.4.2（a）所示，电枢绕组和励磁绕组分别由两个互相独立的直流电源U和Uf供电。所以励磁电流If不受电枢电压U及电枢电流Ia的影响。永磁式直流电动机可以看作是他励式的直流电动机。8.4.2直流电动机的分类图8.4.2直流电动机的励磁方式IfIsIs

2．并励式直流电动机

并励式直流电动机接法如图8.4.2（b）所示，励磁绕组和电枢绕组并联后由同一电压U供电，所以电动机出线电流I与电枢电流Ia及励磁电流If的关系为I=Ia+If

。本节主要介绍并励式直流电动机。

3．串励直流电动机

串励直流电动机接法如图8.4.2（c）所示，励磁绕组和电枢绕组串联后施加同一电源U，所以电流I与Ia及串励绕组电流IS相等，即I=Ia=IS

4．复励直流电动机

这种电机的主磁极上有两套励磁绕组：一套与电枢绕组并联，称为并励绕组Ｎf

，另一套与电枢绕组串联，称为串励绕组NS

，根据NS所接的回路，还可分为长复励和短复励两种，这两种接法在性能上没有多大差别。把NS接在总电流回路，如图8.4.2（d）所示，称为短复励，这时串励电流IS等于总电流即IS=I=Ia+If

；将NS接在电枢回路中，如图8.4.2(e)所示，称为长复励，这时串励电流IS等于电枢电流，即

IS=Ia

、

I=Ia+If

。直流电动机的基本结构如图8.4.3所示。它主要由定子和转子两部分组成，定子和转子之间有一定的空气气隙。

1．定子部分

（１）主磁极

在一般中小型直流电动机中，主磁极是电磁铁，而在微型直流电动机，功率在０.6kW以下，主磁极是永久磁铁。电磁铁的主磁极铁芯采用１～1.5mm厚度的硅钢片叠压紧固而成，绕好的励磁绕组套在铁心外面，整个磁极用螺钉固定在机座上。8.4.3直流电动机的结构图8.4.3直流电机的基本结构（２）换向极换向极又称为附加极或间极，其作用是改善换向。（３）机座机座通常由铸钢铸成或厚钢板焊成，用来固定主磁极，换向极和端盖。（４）电刷装置电刷装置是用于将直流电流引入或引出的装置。

2．转子部分直流电动机的转子部分又称为电枢，如图8.4.4（a）所示。主要有以下部分组成。

（１）电枢铁心电枢铁芯有两个作用，一个作为主磁路的主要部分；另一个是嵌放电枢绕组。电枢铁心用0.5mm的硅钢片叠压而成，固定在转子支架或转轴上。

（２）电枢绕组电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，用以通过电流和产生感应电动势，是实现电能量变换的关键部件。

（３）换向器换向器也是直流电机的重要部件，如图8.4.4（b）所示。在直流电动机中，它的作用是将电刷上引入的直流电流转换为绕组内的交流电流，在直流发电机中，它将绕组内的交流电动势转换为电刷端上的直流电动势。图8.4.4转子的主要部件

1．电磁特性在并励式直流电动机中，励磁绕组和电枢绕组采用并联接法。由图8.4.2（b）可知，总电流I分别进入电枢绕组和励磁绕组，只要接法正确且有足够大的励磁，电枢就产生电磁转矩使其旋转。此时，电枢导体切割磁力线，产生感应电动势Ea，电动势的方向可由右手定则确定，总是与电枢电流的方向相反，故称为反电动势，其大小值可由下式计算。（8.4.1）8.4.4并励式直流电动机的工作特性式中KE是由电动机结构决定的一个电动势常数，φ为主极磁通，n为电枢转速。参照如图8.4.5电路，得到电枢电路的电动势平衡方程。

式中为电枢电路的电阻。图8.4.5并励式直流电动机原理图（8.4.2）直流电动机的电磁转矩T可由下式计算。（8.4.3）式中KT是由电动机结构决定的一个转矩常数。2．机械特性由式（8.4.1）、式（8.4.2）和式（8.4.3）可得到电动机转速的表达式为（8.4.4）

式中，是T=0时电动机的转速，它是一种理想状态下的空载转速，调节U或Φ可改变no的大小；称为转速降，表明T增大时，转速下降的变化量。电动机转速n与电磁转矩T的关系，即n=f(T)称为电动机的机械特性，如图8.4.6所示。可见，n随着转矩T的增大而降低，说明电动机带负载时转速会降落；当U、R、φ为常数时，则Δn与T成正比。

图8.4.6并励直流电动机的机械特性

1.直流电动机的起动在电动机起动瞬间，由于n=0，则。这时，电枢电流为

由于电枢电阻Ra很小，直接起动的电流为额定电流的10~20倍；同时，起动转矩正比于起动电流，所以起动转矩也大，很容易造成传动机构因受到太大冲击力而损坏，这些都不允许。因此，并励式直流电动机在起动时，应在电枢电路中串联接入起动电阻Rst

。只要选择合适的Rst值，就可8.4.5并励式直流电动机的起动和调速

将起动电流限制在额定电流1.5~2.5倍范围之内。这时，电动机的起动电流可由下式计算。则起动转矩为

起动之前，应将起动电阻放在最大数值，待起动正常后，再把它短接，使电枢电阻恢复为额定值。注意：直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通，不允许断开，而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的（8.4.5）

剩磁，可能产生以下问题。①电动机静止时，由于转矩太小(T=KTIa)，将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组将被烧坏。②若电动机在有载运行时断开励磁绕组，反电动势E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩不满足负载的需要，电动机必将减速而停转，这将促使电枢电流剧增，将烧毁电枢绕组和换向器。③若电动机在空载运行时断开励磁绕组，可能造成飞车。因为Φ↓→Ea↓→Ia↑→T↑→>>TL→n↑↑，会导致电动机遭受严重的机械损伤，而且电流过大可能使电枢绕组烧坏。

2.直流电动机的调速方法并励电动机