第一章直流电动机

学习目标:第一章直流电机掌握直流电动机的工作原理、结构。能分析直流电动机转速、电磁转矩的变化与各参数的关系。能分析电机的换向及改善换向方法。会利用直流电动机的工作特性和机械特性分析实际问题。熟悉直流电动机起动、调速、反转和制动方法。案例：国产电力机车上常采用直流电机作为牵引电机和辅助压缩机驱动电机。当机车在牵引状态运行时，牵引电机将电能转换成机械能，通过轮对驱动机车运行，此时电机处于电动机状态；当机车在电气制动状态下运行时，牵引电机将机械能转化为电能，产生电制动力，此时电机处于发电机状态。第一章直流电机第一节：直流电机的工作原理一、直流电机的基本工作原理直流电机分类:直流电动机直流发电机（一）直流发电机的工作原理n右手定则判断方向一、直流电机的基本工作原理（一）直流发电机工作原理（一）直流发电机工作原理通过换向器和电刷将交流变为直流电引出至负载建立磁场导体切割磁场产生交变的感应电势绕组中的电动势交变.电刷两端获得直流电动势结论：

e=BXlv

（二）直流电动机的工作原理外部提供用左手定则判断受力方向及形成的转矩方向：f=BXli

通过电刷和换向器将直流变为元件的交流电引入产生电磁转矩使电机旋转带动负载旋转建立磁场交流→直流过程？（二）直流电动机的工作原理二、电机的可逆原理任何一台电机既可作发电机运行，也可作电动机运行，这一性质称为电机的可逆原理。如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。电机的实际运行方式由外施条件决定：第二节直流电机的结构旋转部分:静止部分:定子转子中间有气隙第二节直流电机的结构第二节直流电机的结构小型直流电动机的剖面结构一、定子部分电磁方面：产生磁场和构成磁路。机械方面：整个电机的支撑。作用:构成:磁极机座换向极电刷装置端盖和轴承（一）主磁极产生恒定、有一定的空间分布形状的气隙磁通密度

励磁绕组铁心作用：（二）机座整体机座:起导磁和机械支撑作用叠片机座:只起机械支撑作用（三）换向极安装在相邻的两主磁极之间，用螺钉固定在机座上，用来改善直流电机的换向，一般电机容量超过1kW时均应安装换向极。用整块钢制成，也可用厚1~1.5mm厚钢板或硅钢片叠成（四）电刷用石墨制成的导电块（五）端盖主要起支撑作用。端盖固定在机座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。二、转子部分转子又称电枢，是电机的转动部分，其作用是感应电势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换作用:构成:电枢铁心换向器电机转轴电枢绕组轴承和风扇（一）电枢铁心作用：通过磁通和嵌放电枢绕组。材料：为减小当电机旋转时铁心中的磁通方向发生变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。

（二）换向器作用：实现电刷内外交直流的转换。材料：采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成（三）转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。（四）电枢绕组用于产生感应电动势和通过电流，实现机电能量的转换。线圈元件边在槽内的放置情况1．基本知识作用元件元件的首末端实槽和虚槽设电枢槽内每层有µ个线圈单元边，则把每一个实际的槽看作包含µ个虚槽。实槽与虚槽（四）电枢绕组Zµ=µ*Z

（四）电枢绕组元件数S和换向片数K：极距：相邻两个主磁极轴线沿电枢表面之间的距离称为极距，用τ表示S=K=Zµ=µZ

叠绕组：串联的两个元件总是后一个元件端接部分紧贴在前一个元件端接部分，整个绕组成折叠式进行。（四）电枢绕组波绕组：指把相隔约为一对极距的同极性磁场下的相应元件串联起来，像波浪似的前进。第一节距：一个元件的两个有效边在电枢表面跨过的元件边数称为第一节距，第一节距用表示。（四）电枢绕组第二节距：连至同一换向片上的两个元件中的第一个元件的下层边与第二个元件的上层边间的距离。第二节距用表示。合成节距：连至同一换向片上两个元件对应边之间的距离，即第一个元件的上层边与第二个元件的上层边间的距离或第一个元件的下层边与第二个元件的下层边间的距离。合成节距用y表示。（四）电枢绕组合成节距与第一节距、第二节距的关系为：单叠绕组单波绕组换向节距：同一元件首、末端连接的换向片之间的距离。换向节距用表示（四）电枢绕组2．单叠绕组（四）电枢绕组（1）单叠绕组的节距计算取：称为右行绕组，元件的连接顺序为从左向右进行2．单叠绕组（四）电枢绕组（2）单叠绕组的展开图元件外，展开图中还包括主磁极、换向片及电刷以表示元件间、电刷与主磁极间的相对位置关系。在画展开图前应根据所给定的电机极对数p、槽数Z、元件数S和换向片K，算出各节距值，然后根据计算值画出单叠绕组的展开图。[例1]

已知一台直流电机的极对数p=2，Z=S=K=16,试画出其右行单叠绕组展开图[解]第一步：计算绕组的各节距第二步：画元件，用实线代表上层元件，虚线代表下层元件，虚线靠近实线，实线根数等于元件数S，从左向右为实线编号，分别为1至16。第三步：放置主磁极。第四步：放置换向片。第五步：根据计算所的各节距值连接绕组第六步：放置电刷。单叠绕组元件连接顺序（3）单叠绕组的元件连接顺序及并联支路图单叠绕组的特点：①同一磁极下的元件串联在一起组成一个支路，这样有几个主磁极就有几条支路。②电刷数等于主磁极数，电刷位置应使支路感应电动势最大，电刷间电动势等于并联支路电动势。③电枢电流等于各并联支路电流之和。单叠绕组并联支路图3．单波绕组（1）单波绕组的节距计算①第一节距计算单波绕组的第一节距的计算方法与单叠绕组的计算相同。②合成节距y和换向器节距计算选择时，应使串联的元件感应电动势同方向。③第二节距计算（2）单波绕组的展开图[例2]已知主磁极极对数p=2，Z=S=K=15，绘制单波左行绕组展开图。[解]首先计算各节距单波绕组的展开图（3）单波绕组的连接次序及并联支路图单波绕组的连接次序表单波绕组的并联支路①同极性下的各元件串联起来组成一个支路，支路对数a=1，与磁极对数p无关。②当元件的几何形状对称时，电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线，支路电动势最大（即正、负电刷间电动势最大）。③电刷杆数也应等于极数（采用全额电刷）。④电刷电动势等于支路感应电动势。⑤电枢电流等于两条支路电流之和。单波绕组的特点：主极极靴和电枢间的间隙称为空气隙。三、空气隙气隙既保证了电机的安全运行，又是磁路的重要组成部分。由于空气磁阻远大于铁磁物质的磁阻，而电机的能量转换是依靠气隙磁通为媒介进行的，所以气隙的大小和形状对电机的性能有很大影响。直流电机的气隙是不均匀的。极靴中部气隙较小，两侧气隙逐渐扩大，极尖处气隙最大。小型电机气隙约为1~3mm；大型电机气隙可达10~12mm

。作用:第三节直流电机的铭牌电机型号铭牌数据主要包括：电机额定功率电机额定电压额定电流额定转速额定励磁电流励磁方式出厂数据如出厂编号、出厂日期等Z2—92一般用途直流电机设计序号,第二次改型设计机座序号电枢铁心长度序号第三节直流电机的铭牌Z系列：一般用途直流电动机（如Z2，Z3，Z4等系列）；ZJ系列：精密机床用直流电动机；ZT系列：广调速直流电动机；ZQ系列：直流牵引电动机；ZH系列：船用直流电动机；ZA系列：防爆安全型直流电动机；ZKJ系列：挖掘机用直流电动机；ZZJ系列：冶金起重机用直流电动机；第一部分字符的含义如下：第三节直流电机的铭牌1．额定功率PN

2．额定电压UN和接法额定条件下电机所能供给的功率。对于电动机额定功率是指电动机轴上输出的最大机械功率；对于发电机是指电刷间输出的最大电功率。额定功率的单位为kW额定运行状态时，定子绕组应加的线电压，单位为V第三节直流电机的铭牌3.额定电流IN指电机在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流值。额定电流的单位为A额定功率、额定电压和额定电流的关系为：发电机PN=UNIN

×10−3kW

电动机PN=UNIN

N×10−3

kW第三节直流电机的铭牌4.额定转速nN：对应于额定电流，额定电压，电机运行于额定功率时所对应的转速。额定功率的单位为r/min。5.额定励磁电流IfN

：对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流。额定励磁电流的单位为A6.励磁方式

：直流电机的励磁线圈与其电枢线圈的连接方式。根据电枢线圈与励磁线圈的连接方式不同，直流电机励磁有并励、串励、他励、复励等方式第三节直流电机的铭牌电机的电流正好等于额定值。长期过载运行将使电机过热，降低电机寿命甚至损坏

电机的电流超过额定值电机的电流比额定值小得多。长期轻载运行使电机的容量不能充分利用在选择电机时，应根据负载的要求，尽可能使电机运行在额定值附近满载运行:过载运行:轻载运行:第三节直流电机的铭牌第四节直流电动机的电动势、电磁转矩和功率一、直流电机的励磁方式和磁场（一）励磁方式1．他励电机分别由两个不同的电源供电。电压可以相同，也可以不同2．并励电机由同一电源供电。励磁电流一般为额定电流的5%3．串励电机励磁电流与电枢电流相同，数值较大，因此，串励绕组匝数很少，导线较粗。串励式直流电动机具有很大的起动转矩，但其机械特性很软，且空载时有极高的转速，串励式直流电动机不准空载或轻载运行。串励式直流电动机常用于要求很大起动转矩且转速允许有较大变化的负载等4．复励电机串励绕组和他励（或并励）绕组的磁势方向相同。积复励：串励绕组和他励（或并励）绕组的磁势方向相反。差复励：绕组名称电枢绕组换向极绕组补偿绕组串励绕组并励绕组他励绕组线端名称A1A2B1B2C1C2D1D2E1E2F1F2直流电机各绕组线端的符号（二）空载时直流电机中的磁场直流电机空载时，电枢电流为零，只有励磁绕组中存在电流。因此，空载时电机的气隙磁场完全由励磁绕组的电流所产生。（三）电枢磁场电枢磁场：电枢绕组通过电流产生的磁场电枢磁场沿电枢表面的分布情况，与电枢电流的分布情况有关。在直流电机中，电枢电流的分界线是电刷，在电刷轴线两侧对称分布，所以电枢磁场的分布情况与电刷的位置有关（四）电枢反应直流电机带上负载运行后，电枢里有电流流过，电枢电流产生电枢磁场，电枢磁场的出现有可能对主极磁场产生影响，这种影响称为电枢反应

二、直流电机的电枢电动势电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势，也就是每个支路里的感应电动势。电动势常数，电机做好后仅与电机结构有关：N为电枢导体总数三、直流电机的电磁转矩制造好的直流电机其电磁转矩仅与电枢电流和气隙磁通成正比四、直流电机的功率（一）电机的损耗1．铜耗PCu是电枢绕组、励磁绕组、换向极绕组、补偿绕组的铜耗和电刷与换向器接触电阻产生的损耗。铜耗的大小与电流、绕组电阻及电刷的接触电阻有关.铜耗将引起绕组及换向器发热.随着电机的负载变化，称为可变损耗2．机械损耗Pmec电机旋转时，转动部分与静止部分以及周围空气摩擦所引起的损耗，主要有轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和电枢与周围空气的摩擦损耗等，其大小和电机转速有关。机械损耗将引起轴承和换向器发热。

3．铁耗PFe

交变磁通在铁心中产生的磁滞和涡流损耗（一）电机的损耗空载损耗P0

：（一）电机的损耗P0=PFe+Pad空载损耗P0与电机的负载无关，也称不变损耗4．附加损耗Pad附加损耗很难精确计算，一般估计为电机输出功率的（0.5~1）%，即Pad=（0.5~1）%P2

电机的总损耗P：P=PCu+PFe+Pad+Ps=PCu+P0

（二）电磁功率电磁功率Pem

：通过电磁作用传递的功率发电机：Pem=P1−P0

P2=Pem−Pcu=UI

电动机：Pem=P1−PCu

P2=Pem−P0=T2

（三）功率平衡方程式五、直流电动机的基本方程电动机参考方向惯例E=CeΦnU=Ea+RaIa

T=CTΦIa

T=T2+T0

=P2+ΣP六、直流电机的换向直流电机电枢绕组中一个元件经过电刷从一个支路转换到另一个支路时，电流方向改变的过程为换向。当电机带负载后，元件中的电流经过电刷时，电流方向会发生变化。换向不良会产生电火花或环火，严重时将烧毁电刷，导致电机不能正常运行，甚至引起事故。（一）换向概述一个元件从一个支路换到另一个支路时要经过电刷。元件里的电流必然改变方向（二）换向的电磁理论是换向元件的合成电动势根据合成电动势的取值情况，换向可分为直线换向、延迟换向或超越换向1．直线换向忽略元件电阻R和元件与换向片或超越换向片间的连线电阻，则回路方程可简化为：

S1\S2是电刷与换向片1、2的接触面积，Rb是换向片与电刷完全接触时的接触电阻Lb是电刷轴向长度，vk为换向器线速度，

TK是换向周期根据节点电流定律:1．直线换向换向电流变化曲线2．延迟换向由于换向元件为线圈，且换向过程中线圈中的电流是变化的，因此线圈中存在自感电动势；为了保证换向可靠，实际的电刷的宽度比换向片的宽度要大得多，在换向过程中有多个元件同时换向，因此线圈中存在互感电动势。通常将自感电动势和互感电动势合起来，称为电抗电动势，用er表示L为换向元件的自感系数；M为换向元件的互感系数在换向元件中还有切割电动势ea切割电动势存在同样使换向电流变化延缓。因此线圈中合成电动势（电抗电动势和切割电动势之和）的存在使换向电流变化不再是线性的，出现了电流延迟现象的换向称为延迟换向.2．延迟换向er+ea在换向元件中产生的电流称为附加换向电流

3．超越换向换向极的磁场较强，ek抵消er后有剩余，剩余电势产生的ik改变了方向（ik<0）。当i=0时，t

TK/2，电流改变方向的时刻比直线换向时提前，故称为超越换向，又叫过补偿换向。此时前刷边电流密度增大，后刷边电流密度减小，这种情况同样对换向是不利的（三）改善换向的方法目的:

消除或削弱电刷下的火花1．选用合适的电刷，增加电刷与换向片之间的接触电阻2．装设换向极装设在相邻两主磁极之间的几何中性线上1.在换向元件处产生一个磁动势，把电枢反应磁动势抵消掉，使得切割电动势ea=0；2.产生一个气隙磁通密度，换向元件切割磁场产生感应电动势去抵消电抗电动势（三）改善换向的方法环火现象即正负电刷间出现电弧,可以很短的时间内损坏电机防止环火出现的办法在主磁极上安装补偿绕组，从而抵消电枢反应的影响。补偿绕组装在主磁极极靴里。补偿绕组与电枢绕组串联，它产生的磁动势恰恰能抵消电枢反应磁动势（三）改善换向的方法第五节直流电动机的工作特性与机械特性一、直流电动机的工作特性额定电压UN，额定励磁电流UfN时：（一）他励（并励）直流电动机的工作特性1．转速特性忽略电枢反应的去磁效应2．转矩特性考虑电枢反应使主磁通略有下降，电磁转矩上升的速度比电流的上升的速度要慢一些，曲线的斜率略有下降3．效率特性存在最大点（二）串励直流电动机的工作特性1.负载电流较小时、电机的磁路没有饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性变化关系串励电动机的转速特性可写为n与Ia成反比，串励电动机不可以空载或在轻载下启动、运行.转矩特性2.负载电流较大时，磁路已经饱和，磁通基本不随负载电流变化，串励电动机的工作特性与并励电动机相同电磁转矩与负载电流的平方成正比二、直流电动机的机械特性（一）他励直流电动机的机械特性1．机械特性的表达式机械特性：U=UN、If＝IfN、电枢回路电阻为恒值的条件下，电动机的转速n与电磁转矩之间的关系：n=f(Tem)（一）他励直流电动机的机械特性1．机械特性的表达式理想空载转速机械特性的斜率转速降理想空载转速实际空载转速斜率β越小，特性越平，称为硬特性。反之称为软特性（一）他励直流电动机的机械特性1．机械特性的表达式（一）他励直流电动机的机械特性2．固有机械特性和人为机械特性固有（自然）机械特性：电枢电压、励磁磁通为额定值，且电枢回路不外串电阻时的机械特性。因为电枢电阻Ra很小，特性斜率很小，通常额定转速降nN只有额定转速的百分之几到百分之十几，所以他励直流电动机的固有机械特性是硬特性.（一）他励直流电动机的机械特性2．固有机械特性和人为机械特性人为机械特性：①电枢串电阻时的人为特性斜率增加（一）他励直流电动机的机械特性2．固有机械特性和人为机械特性人为机械特性：②降低电枢电压时的人为特性改变电压时，只能在低于额定电压的范围内变化特点：人为特性的斜率不变，但理想空载转速n0随电压的降低而正比减小（一）他励直流电动机的机械特性2．固有机械特性和人为机械特性人为机械特性：③减弱励磁磁通时的人为特性只能在额定值以下调节励磁电流实际运行条件下，电机工作在磁通越小，稳定转速越高的区域。3．机械特性的求取通常根据铭牌数据：PN、UN、IN、nN计算或通过实验来求取机械特性。（1）固有机械特性的求取:他励直流电动机的固有机械特性为一条直线，所以只要求出直线上任意两点的数据就可以画出这条直线。一般计算理想空载点（Tem=0，n=n0）和额定运行点（Tem=TN，n=nN）数据。①估算Ra:电枢电阻R可用实测方法求得，也可用下式进行估算②计算CeφN、CTφN③计算理想空载点数据④计算额定工作点数据（2）人为机械特性的求取:在固有特性方程式n=n0－βTem（n0、β为已知）基础上，根据人为特性对应的参数（U、Ra或φ）变化，重新计算n和β值后，便可求得人为特性方程式。若要画出人为特性，还需算出某一负载点数据，如点（TN,n），然后连接（0，n0）和（TN,n）两点，便得到人为特性曲线。[例1-3]

他励直流电动机的铭牌数据为：PN=22kW，UN=220V，IN=116A，nN=1500r/min，试分别求取下列机械特性方程式并绘制其特性曲线:（1）固有机械特性；（2）电枢串入电阻Rs=0.7Ω时的人为特性；（3）电源电压降至110V时的人为特性；（4）磁通减弱至时的人为特性；（5）当负载转矩为额定转矩时，要求电动机以n=1000r/min的转速运转，试问有几种可能的方案，并分别求出它们的参数。[解]（1）固有机械特性固有特性为:理想空载点数据为额定工作点数据为连接这两点，得出固有特性曲线：（2）电枢回路串入Rs=0.7Ω电阻时不变，β增大为人为特性为时，有（3）电源电压降为110V时，β=1.04不变，n0变为:人为特性为：n=827−1.04Tem当Tem=TN时，有n=（2481−2.33*147.3)r/min=2138r/min(5)当负载转矩为额定值，转速下降至n=1000r/min时，可以采用电枢串电阻或降低电源电压的方法来实现。当电枢串入RS时，β变化。将n=1000r/min、TN=147.3N.m代入机械特性：1000=1654−β///147.3得:β///=4.44应串入的电阻值为RS=9.55（）2β///−Ra=(9.550.1332*4.44−0.175)=0.575]当电源电压下降时，由下式解得电压应降至U=153.4V（一）他励直流电动机的机械特性1．固有特性当Ia较小，磁路未饱和时，Φ与Ia成正比即：Φ=kIa

电磁转矩Tem与Ia的平方成正比，即：Tem=CTΦIa=CTkI2a直流电动机机械特性的一般表达式为：当磁路不饱和时，串励电动机的转速n与成反比，其机械特性为非线性软特性。从上式可得：U=UN，RS=0时得固有特性磁路不饱和时串励电动机的机械特性为：R=Ra+Rf+Rs为电枢回路总电阻，Rs为电枢回路串联电阻特点：（1）它是一条非线性的软特性，负载时的转速降落很大。（2）空载时，Tem=0，Ia=0，Φ=0，n0→∞，即理想空载转速为无穷大。但实际上，即使Ia=0，由于存在剩磁通Φ0，故空载转速n0为一有限值，但其值很高，一般可达（5~6）nN，称为“飞车”现象，因此，串励电动机不允许空载或轻载起动或运行。（3）由于Tem∝Ia2，起动和过载时Ia均较大，故串励电动机的起动转矩大，过载能力强。2．人为特性电枢串电阻、改变电源电压和改变磁通时的机械特性曲线。（1）电枢串电阻时的人为特性串入电阻后，转速降增大，人为特性位于固有特性的下方，且特性变得更软。（2）降低电源电压时的人为特性降低电源电压时，理想空载转速降低，其人为特性向下平移。（3）改变磁通时的人为特性方法：在励磁绕组上并联一个分流电阻RP

人为特性位于固有特性的上方第六节直流电动机的起动、调速、反转与制动一、他励直流电动机的起动、调速、反转与制动（一）他励直流电动机的起动起动：电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动转矩为Tst=CTφIst

如果他励直流电动机在额定电压下直接起动，由于起动瞬间n=0，Ea=0，故起动电流为：电枢电阻Ra很小，所以，直接起动电流将达到很大的数值，通常可达到（10～20）IN

后果：引起电网电压下降，影响电网上其他用户使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构除了个别容量很小的电动机外，一般直流电动机不允许直接起动。（1）要有足够大的起动转矩。（2）起动电流要限制在一定的范围内。（3）起动设备要简单、可靠。对直流电动机的起动的要求：限制起动电流的方法：他励直流电动机：电枢回路串电阻起动降低电枢电压起动起动时应保证电动机的磁通为最大值，以使转矩较大1．电枢回路串电阻起动起动前，应使励磁回路调节电阻Rst=0，对于普通直流电动机，一般要求

Ist≤（1.5～2）IN

为了缩短起动时间，保持电动机在起动过程中的加速不变，应将起动电阻平滑地切除，最后使电动机转速达到运行值。采用三级电阻起动时电动机的电路原理图及其机械特性起动点，Ist和Tst都为最大值转速逐步上升串入全部电阻逐级切除电阻运定运行点2．降压起动当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。降低U起动n↑，Ea↑Ia↓逐渐提高电源电压，保证起动电流和转矩保持在一定的数值上。特点：需要专用电源，设备投资较大起动平稳，起动过程中能量损耗小（二）他励直流电动机的调速调速：机械调速:电气调速:改变传动机构速比改变电动机参数,人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化，转速随之变化。由得调速方法：改变电压U减弱磁通φ电枢回路串电阻1．评价调速的指标（1）调速范围电动机在额定负载下可能运行的最高转速与最低转速之比，通常又用D表示:受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制受到低速运行时转速的相对稳定性的限制（2）静差率（相对稳定性）负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，其相对稳定性好不同机械特性的静差率静差率与调速范围两个指标是相互制约,电动机的范围D与最低转速是的静差率关系:最低转速机械特性上的转速降最低转速时的静差率（3）调速的平滑性在一定的调速范围内，调速的级数越多，即调速越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数：φ→1，则平滑性好，当φ=1时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。（4）调速的经济性主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。2．调速方法（1）电枢回路串电阻调速设电动机拖动恒转矩负载原运行于A点，串电阻后对应的运行点为B，C点。恒转矩负载时电枢串电阻调速过程缺点：（1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差。（2）低速是特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差。（3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≤2。（4）如果负载转矩保持不变，则调速后输出功率（P2∝TLn）随转速的下降而减小，此时效率较低。而且转速越低，所串电阻越大，损耗越大，效率越低，所以这种调速方法是不太经济的。电枢串电阻调速的优点:设备简单，操作方便；（2）降低电源电压调速电压越低，稳态转速也越低电压从UN下降至U1再降至U2,转速从nN降至n1再降至n2。降压调速的优点：（1）电源电压能够平衡调节，可以实现无级调速；（2）调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；（3）无论轻载还是重载，调速范围相同，一般可达D=2.5～12；（4）电能损耗较小。降压调速的直流电源：G—M系统示意图

SCR—M系统示意图（3）减弱磁通调速改变磁通只能从额定值往下调，调节磁通调速即是弱磁调速。减弱磁通调速Φ2<Φ1<ΦN恒转矩负载时弱磁通调速过程由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，而且调速平滑性好。虽然弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此弱磁调速的经济性比较好.机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电机换向能力和机械强度的限制，因此升速范围不可能很大，一般D≤2。弱磁调速的优点：弱磁调速的缺点：[例1]

一台他励直流电动机的额定数据为UN=220V，IN=41.1A，nN=1500r/min，Ra=0.4Ω，保持额定负载转矩不变，求：（1）电枢回路串入1.65Ω电阻后的稳态转速；（2）电源电压降为110V时的稳态转速；（3）磁通减弱为90%ΦN时的稳态转速。[解]（1）因为负载转矩不变，且磁通不变，所以Ia不变。（2）

与（1）相同，Ia=IN不变（3）因为所以（三）他励直流电动机的反转反转方法：改变Φ的方向改变Ia的方向（四）他励直流电动机的制动电动状态：Tem与n方向相同制动状态：Tem与n方向相反电动机的两种运行状态：回馈制动制动：能耗制动反接制动1．能耗制动运行时与电源连接；制动时连接电阻RB制动转矩和转速n方向相反制动运行时，电机靠生产机械惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，并消耗在绕组及电阻上，直到电机停止转动为止。能耗制动时的机械特性理想空载转速为零斜率原运行于A点制动时，对于反抗性负载将经B点到达O点停下来。对位能性负载将达到C点。减小制动电阻，可以增大制动转矩，缩短制动时间，提高工作效率。但制动电阻太小，将会造成制动电流过大，通常限制最大制动电流不超过2～2.5倍的额定电流。制动电阻的选取：能耗制动操作简单，但n小时，制动弱。可在转速较小时，切除一部分制动电阻，使制动转矩增大，从而加强制动作用。[例2]

一台他励直流电动机的铭牌数据为PN=10kW，UN=220V，IN=53A,nN=1000r/min，Ra=0.3Ω，电枢电流最大允许值为2IN。（1）电动机在额定状态下进行能耗制动，求电枢回路应串接的制动电阻值。（2）用此电动机拖动起重机，在能耗制动状态下以300r/min的转速下放重物，电枢电流为额定值，求电枢回路应串入多大的制动电阻？Ea=UN−RaIN=(220−0.353)V=204.1（V）[解]（1）制动前电枢电动势为应串入的制动电阻值为：（2）因为励磁保持不变，则下放重物时，转速为n=−300r/min，由能耗制动的机械特性2．反接制动（1）电压反接制动IaB产生很大的反向电磁转矩TemB，从而产生很强的制动作用。为了限制过