电机学6直流电动机

第16章直流电机直流电机用途和基本工作原理和结构直流电机的主要结构直流电机的额定值§16—1直流电机的基本工作原理和结构基本工作原理直流电机的用途：视频固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。左图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。直流发电机（1）线圈中的电动势和电流都是交流电，通过换向片及电刷作用产生的直流电动势及直流电流。（2）感应电动势和电流的方向始终一致。（3）电磁电流产生的磁场在空间上是一个恒定不变的磁场。（4）电磁力制动性质与转子转向相反，原动机必须输入机械功率克服电磁力矩制动作用使转子恒速旋转产生电能。直流电动机（1）将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流（交流）流过。换向片和电刷起逆变作用。（2）从空间上看，电枢电流产生的磁场是一个恒定磁场。（3）电枢旋转时，电枢导体切割磁力线也会产生感应电动势与电枢电流方向相反。（4）直流电动机中，电磁转矩的方向与转子旋转方向一致，是驱动性质。归纳：（1）所有的直流电机的电枢绕组总是自成闭路。（2）电枢绕组的支路数（2a）永远是成对出现，这是由于磁极数(2p)是一个偶数.注：a－支路对数

；p－极对数（3）为了得到最大的直流电势，电刷总是与位于几何中线上的导体相接触。（4）每根电枢导体的电势性质是交流电，而经电刷引出的电势为直流电势。16-2直流电机的主要结构二、直流电动机工作原理

把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。

直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。

在磁场作用下，N极性下导体ab受力方向从右向左，S极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转。直流电机的组成

铁心

主磁极：建立主磁场机座：构成磁路、支撑励磁绕组定子电刷：整流和逆变的作用铁心换向极：改善直流电机的换向

端盖：构成磁路、防护换向极绕组

电枢铁心：主磁路的组成部分又是电枢绕组支撑部分

转子电枢绕组：产生感应电动势、电磁转矩、进行能量转换换向器：整流（发电机）、逆变（电动机）每部分都由电磁和机械部分组成，以满足电磁作用的条件。16-3直流电机的额定值

在额定状态下运行时，可以保证各电气设备长期可靠地工作额定功率PN：指电机在规定的额定状态下运行时电机的功率。直流发电机：PN是指从发电机引出端输出的电功率PN＝UNIN

；直流电动机：PN是指从它的转轴上输出的机械功率PN＝UNINηN额定电压UN：指额定状态下电机出线端的电压。额定电流IN：指额定状态下电机出线端的电流。额定转速nN：指额定状态下运行时转子的转速，单位r/min。额定励磁电流If：指电机在额定状态时的励磁电流值。当实际电流大于额定电流时，称为过载或超载，长期会影响寿命（过热）；当实际电流小于额定电流时，称为欠载或轻载，容量不能充分利用，会降低效率；当实际电流等于额定电流时，称为满载运行。又叫额定负载状态长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作性能等比较好。额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.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电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。第17章直流电机的运行原理17.1直流电机的电枢绕组17.2直流电机的磁场和电枢反应17.3直流电机的换向17.4电枢绕组的感应电动势和电磁转矩17.5直流电机的基本方程式§17—1直流电机的电枢绕组电枢绕组是直流电机的电路部分，是实现机电能量转换的枢钮。直流电机的电枢绕组分为五种形式单叠绕组、复叠绕组、单波绕组、复波绕组、蛙形绕组。基本术语：绕组元件：指两端分别与两片换向片接触的单匝或多匝线圈。电枢绕组：由许多结构相同的绕组元件构成的。元件边：在电枢槽中，能与磁场作用产生电动势或转矩的有效边是指线圈的直线部分。端部（端接）：端部是指线圈非接触电枢铁心的那个部分。上、下层边：从工艺上考虑，一个线圈在嵌线时必须使一个有效边在下层边，另一个有效边必须在上层边。槽数Z=元件数S=换向片数K极距：相邻两个主磁极轴线之间的距离。用槽数表示p为主磁极极对数

基本术语：第一节矩y1:元件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为第一节矩。用槽数来表示。所以y1是一个整数。当y1=τ，为整矩绕组，当y1<τ为短矩绕组。因为短矩绕组有利于换向，尚能节省部分端部用铜，故常被采用。ε为小于1的分数。第二节矩y2:在相串连的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为第二节矩y2，用槽数表示。合成节矩y：相串连的两个元件的对应边在电枢表面所跨的距离，称为合成节矩y。用槽数表示。换向器节矩yk:每个元件的首末两端所连接的两片换向片在换向器表面上的距离，用换向片数表示。注：换向器的节距总是等于合成节矩。y=yk

单波绕组单叠绕组单叠绕组单叠绕组：相邻联接的两个元件互相交错地重叠。多个相邻元件依次串联，同时每个元件的引线端依次焊接到相邻的换向片上最后形成闭合回路。整个绕组成折叠式前进y=yk=1时绕组向右移动；y=yk=-1时绕组向左移动；（用铜量较多，很少采用）换向片数=元件数=单迭绕组的槽数电枢绕组的特点第一节距全部元件通过换向器连接成一个闭合回路，由于沿回路中各元件的电动势之和为零，所以不会产生环流电枢绕组为双层绕组，S=K=Z直流电机的电刷数目等于主磁极数2P。安放电刷的原则：几何中性线上单叠绕组：y=yk=1,且并联支路数a=P单波绕组：y=yk=（k-1）/p为整数,a=1

一台4极16槽直流电机，换向片数K=16；元件数S=16；试画出整距右行单叠绕组展开图。画出均匀分布的平行竖线代表电机各槽，槽数等于平行线数，每个槽有一条实线和一条虚线，分别表示上层边和下层边。标出元件：画出第一个元件，跨从1~5。展开图中可以把一个元件画成一匝。第一个元件的引出线端画出换向器的两根横平行线，并标换向片号；换向片编号与上层边槽号及元件号相同。依次串联16个元件。再画出各磁极N、S、N、S。单叠绕组的展开图画电刷，电刷组数=主磁极数,绕组的电刷中心线在每个磁极的中心线上。〖即保证电刷必须与位于几何中线处的导体相接触。画出电枢转向和电刷连线此时的等效电路图，一条主磁极对应一条支路，单叠绕组的支路数等于极数，这里为4极，即有4个支路a=p；电枢绕组的总电流Ia=2a*ia(ia为各支路的电流即元件电流或元件中每匝导体电流)单波绕组单波绕组：相邻联接的两个元件呈波浪形单波绕组的连接规律是从某一换向片开始，把相隔约为一对极距的同极性磁极下对应位置的所有元件串联起来，直到沿电枢和换向器绕过一周后，恰好回到开始换向片的相邻换向片上。然后，从该换向片开始，继续绕连，一直把全部元件联完，最后又回到开始出发的那个换向片，构成一个闭合回路。右行绕组端接交叉，且比左行绕组端接线略长，故波绕组常用左行绕组。对应元件边处于同极性主的磁极下，所以其合成节距应接近或等于一对极的距离，但不能正好等于二倍极距。（如果相等的话无法绕下去）画出4极15槽单波左行绕组展开图分析：合成节距y＝（k－1）/P＝（15－1）/2＝7（槽）（左行）

第一节距y＝Z/(2P)+ε=15/4-3/4=31（槽）采用短距绕组(y1<τ)

第二节距y2＝y－y1＝4（槽）；小结：常用直流电机绕组型式的支路数2a。单叠绕组：2a=2p；单波绕组：2a=2；双叠绕组：2a=4p；双波绕组：2a

单波绕组的并联支路图:单波绕组的特点1）同极下各元件串联起来组成一条支路，支路对数为1，与磁极对数无关；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；3）电刷数等于磁极数；4）电枢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。§17—2直流电机的磁场和电枢反应直流电机的励磁方式直流电机的空载时的磁场直流电机的负载时磁场直流电机的励磁方式他励式：线端电流等于电枢电流，励磁电流独立值小。并励式：线端电流等于电枢电流加上励磁电流。串励式：线端电流等于电枢电流等于励磁电流。复励式：每个主磁极上套有两个励磁绕组，分为长复励和短复励。先并后串（并联绕组先与电枢绕组并联然后在与串联绕组串联）为短复励；先串在并是长复励。如果Fs（串）和Ff（并）方向一致，称为积复励；如果两者方向相反称为差复励。

直流电机工作中，主磁极产生主磁极磁动势，电枢电流产生电枢磁动势。电枢磁动势对主极磁动势的影响称为电枢反应。

右图为一台四极直流电机空载时的磁场示意图。当励磁绕组的串联匝数为，流过电流，每极的励磁磁动势为：

直流电机中，主磁通是主要的，它能在电枢绕组中感应电动势或产生电磁转矩，而漏磁通没有这个作用，它只是增加主磁极磁路的饱和程度。在数量上，漏磁通比主磁通小得多，大约是主磁通的20%。磁力线由N极出来，经气隙、电枢齿部、电枢铁心的铁轭、电枢齿部、气隙进入S极，再经定子铁轭回到N极主磁通主磁路磁力线不进入电枢铁心，直接经过气隙、相邻磁极或定子铁轭形成闭合回路漏磁通漏磁路

空载时，励磁磁动势主要消耗在气隙上。当忽略铁磁材料的磁阻时，主磁极下气隙磁通密度的分布就取决于气隙的大小和形状。几何中性线极靴极身（a）气隙形状

磁极中心及附近的气隙小且均匀，磁通密度较大且基本为常数，靠近极尖处，气隙逐渐变大，磁通密度减小；极尖以外，气隙明显增大，磁通密度显著减少，在磁极之间的几何中性线处，气隙磁通密度为零。直流电机空载时的磁场

空载时的气隙磁通密度为一平顶波，如下图(b)所示。

空载时主磁极磁通的分布情况，如右图(c)所示。

为了感应电动势或产生电磁转矩，直流电机气隙中需要有一定量的每极磁通，空载时，气隙磁通与空载磁动势或空载励磁电流的关系，称为直流电机的空载磁化特性。如右图所示。

为了经济、合理地利用材料，一般直流电机额定运行时，额定磁通设定在图中A点，即在磁化特性曲线开始进入饱和区的位置。直流电机负载时的磁场直流电机接上负载时，气隙磁场由主磁极的励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。规定：磁力线由电枢出来进入定子绕组磁极时为正，当磁力线从定子磁极出来而进入电枢时为负。磁通密度在极下若气隙均匀，则Bax正比于x；而在极间，气隙大，所以Bax很小，所以Bax为马鞍形磁密波。最后迭加得负载时气隙磁密波形。直流电机的电枢反应负载时，电枢电流所生的磁动势对气隙中主磁场产生影响，称为电枢反应。气隙磁场发生畸变.在直流电机中，不论电枢绕组是哪种型式，各支路电流都是通过电刷引入获引出，因此电刷是电枢表面上电流分布的分界线。电枢磁势的轴线总是与电刷轴线相重合。直流电机电枢反应特点使气隙磁场发生畸变，电动机前极尖磁场被加强后极尖磁场减弱，发电机刚相反使物理中性线（气隙中各点磁密为零的连线）偏移。电动机逆向对磁通的影响。电刷在几何中性线上时，磁路不饱和时与空载时一样，磁路饱和时有电枢反应有去磁作用。交轴和直轴电枢反应当电刷不在几何中线时，设移过一个小角度β，除了交轴电枢磁动势外，还会产生直轴电枢磁动势。电枢磁势分解成两个分量Faq和Fad；即Fa＝Fad＋Fad交轴电枢反应：使主磁场的波形畸变。直流发电机，前极端（去磁），后极端（增磁）；。直流电动机，前极端（增磁），后极端（去磁）。直轴电枢反应：电刷偏移方向直流发电机直流电动机顺转向偏去磁增磁逆转向偏增磁去磁1换向概述§

17—3直流电机的换向

为了分析方便假定换向片的宽度等于电刷的宽度。

直流电机的某一个元件经过电刷，从一条支路换到另一条支路时,元件里的电流方向改变，即换向。

电枢移到电刷与换向片2接触时，元件1的被短路，电流被分流。

电刷与换向片1接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小为。

电刷仅与换向片2接触时，元件1中的电流方向如图所示，大小为元件112

换向问题很复杂，换向不良会在电刷与换向片之间产生火花。当火花大到一定程度，可能损坏电刷和换向器表面，使电机不能正常工作。

产生火花的原因很多，除了电磁原因外，还有机械的原因。此外换向过程还伴随着电化学和电热学等现象。

元件从开始换向到换向终了所经历的时间，称为换向周期。换向周期通常只有千分之几秒。直流电机在运行中，电枢绕组每个元件在经过电刷时都要经历换向过程。2换向的电磁理论换向元件中的电动势：自感电动势

和互感电动势：换向元件（线圈）在换向过程中电流改变而产生的。切割电动势：在几何中性线处，由于电枢反应在存在，电枢反应磁密不为零，在换向元件中感应切割电动势。换向元件中的合成电动势为：

根据楞次定律，自感电动势、互感电动势和切割电动势总是阻碍换向的。换向电动势：在几何中性线处，换向元件在换向磁场中感应的电动势。换向电动势是帮助换向的。一、直线换向当时换向元件电流随时间线性变化。当时换向元件电流随时间不是线性变化，出现电流延迟现象。二、延迟换向当时换向元件电流随时间再是线性变化，出现电流超前现象。三、超越换向直线换向延迟换向超越换向3

改善换向的方法

除了直线换向外，延迟和超越换向时的合成电动势不为零，换向元件中产生附加换向电流，附加换向电流足够大时会在电刷下产生火花。还有机械和化学方面的因素也能引起换向不良产生火花。

改善换向一般采用以下方法：选择合适的电刷，增加换向片与电刷之间的接触电阻装设换向磁极位于几何中性线处装换向磁极。换向绕组与电枢绕组串联，在换向元件处产生换向磁动势抵消电枢反应磁动势大型直流电机在主磁极极靴内安装补偿绕组补偿绕组与电枢绕组串联，产生的磁动势抵消电枢反应磁动势小结1换向过程直线换向时，直流电机不会产生火花。如果换向元件中电动势为零，则在被电刷短路的闭合回路中不会有环流。2换向元件中的感应电动势电抗电动势er；旋转电动势ea3电刷下产生火花的电磁原因在上面两种合成电动势的作用下，在换向元件经电刷短路而成的闭合回路中产生环流。然后能量以火花的形式放出。4火花的危害火花会损坏电刷和换向器表面；同时又干扰附近的电子仪器和设备。改善换向的方法改善换向、减少火花就要使合成电势为零，方法就是装换向极。换向极的作用：在换向元件处建立一个磁动势。其一部分用来抵消电枢反应磁动势，其余部分用来建立磁场BK，换向元件切割BK产生ek，其方向与er相反，使换向元件的合成电动势为零。成为直线换向消除火花。对换向极的要求：（1）换向极应装在几何中性线处（2）换向极的极性应使所生的磁感应强度与电枢反应的磁动势的方向相反（3）换向极绕组必须与电枢绕组相串联，而且换向磁路为不饱和。环火及其防止

1．环火的概念电位差火花：当换向片间电压超过一定数值时，换向片间便会产生火花。称为~。电磁性火花：电枢电流急剧加大时使换向严重延迟而引起电刷下较强的火花，称为~。环火：两种火花共同作用下使电刷间形成跨越正负电刷间的电弧，使整个换向器被一圈火环所包围即环火。

2．防止环火的有效方法装置补偿绕组。装在主极的极靴里且与电枢绕组串联。产生与电枢磁动势相反的磁动势。作用：使气隙磁场不在畸变，防止电位差火花；又对换向有利，避免环火。§17—4电枢绕组的感应电动势和电磁转矩电枢绕组是整距，电刷在几何中性线上

1.直流电机的电枢电动势电动势常数

2.直流电机的电磁转矩

转矩常数

直流电机的电磁功率在电磁感应作用下机械能与电能相互转换的功率称为电磁功率。

§17—5直流电机的基本方程式1.直流电动机的基本方程式（并励电动机）

Ea和Ia方向相反，为反动势。T的正方向和n转向相同，驱动转矩。制动转短和空载转矩均与n转向相反，为制动转矩。电动势平衡方程式：转矩平衡方程式：直流电机稳态时T=T2+T0=TZ

稳定运行时电枢电流为，理想空载时TZ=0，即Ia=0；

功率平衡方程式输入的电功率为：电磁功率PM为：

电机的空载损耗：第18章直流电机的运行特性18-1直流电动机的运行特性18-2直流电动机的调速18-3直流电动机的制动二、直流电动机的工作特性指U=UN=常数，电枢回路中不串入外加电阻时，励磁电流保持不变的条件下，转速、转矩和效率等与输出功率之间的关系曲线，也可用电枢电流表示。并励电动机的工作特性（他励）1。转速特性：

U=UN，RΩ=0，If=IfN设磁通不变n曲线如图，若考虑磁通减少时，则转速有可能上升。2。转矩特性U=UN，RΩ=0，If=IfNT=CMΦia

如果考虑去磁时，曲线下折。3。效率特性U=UN，RΩ=0，If=IfN

其中是不变损耗，而电枢回路的铜耗即可变损耗PCua=Ia2Ra；求最大效率时，对效率公式求导可得出当时电机具有最大效率。注：电机通常被制成电机运行于额定状态时效率最高。他励电动机额定运行时总损耗

则估算电路总电阻的公式如下：串励电动机的工作特性1.转速特性U=UN，RΩ=0，If=Ia特点（1）负载增加时，转速下降很快。当负载增加时，功率P2增加，UN是常数，Ia增大使磁通增大，同时IaR也增大，结果使转速减少。（2）负载很轻或空载时，转速n非常大，产生飞车现象。空载或轻载时Ia很小或趋于零，磁通也很少，因些要足够的反电势来维持与UN相平衡，所以电机转速高，导致飞车现象，会损坏电机。规定：（1）串励电动机不允许在小于15—20%额定负载的轻载情况下运行，也不充许空载。（2）不易采用皮带等易滑落和断裂的传动机构，而采用齿轮或直轴连动器来拖动。

当负载电流较小时，电机磁路不饱和，每极气隙磁通与励磁电流呈线性关系。即：转速特性转矩特性

当负载电流较大时，磁路饱和，串励电动机的工作特性与他励电动机相同。

当负载电流为零时，电机转速趋于无穷大，所以串励电动机不宜轻载或空载运行。U=UN，RΩ=0，If=Ia时T=f(Ia)特点：转矩随负载增加而很快上升T=CMKfIa*Ia=CM`Ia2

当磁路不饱和时，T与Ia的平方成正比。对起动和过载很好，有较大的起动转矩与过载能力。当磁路饱和时，即负载大时，If=Ia,T正比于Ia为一直线，过载时转速下降P2变化不大，轻载时转速上升。上述特点决定于串励直流电动机适用于电力机车(牵引机械和重载起动场合)等。3.效率特性(并励电动机)例某并励直流电动机额定数据如下：PN=96KW，UN=440V，IN=255A，IfN=5A,nN=500r/min.电枢回路总电阻Ra=0.078Ω,电枢反应忽略不计。试求：（1）额定运行时的输出转矩TN与电磁转矩T。（2）理想空载转速n0与实际空载转速n0`。（3）于额定运行时突然在电枢回路中串入电阻RΩ=0.122Ω,RΩ串入初瞬时的电枢电流与转速各为多少？（4）保持额定运行时总负载转矩不变，则串入RΩ=0.122Ω,RΩ而稳定后的电枢电流与转速各为多少？电力拖动系统的运动方程式一、生产机械的分类单机单轴系统：用一台电动机的转子轴直接拖动生产机械运转的系统。单机多轴系统：单台电动机通过多根转轴带动生产机械。多电动机系统：多台电动机带动一个或多个工作机构。MM

电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。运动方程式

根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：其中为系统的惯性转矩。运动方程的实用形式：系统旋转运动的三种状态1)当或时,系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。2)当或时,系统处于加速运行状态，即处于动态。3)当或时,系统处于减速运行状态，即处于动态。常把

或称为动负载转矩,把称为静负载转矩.生产机械的负载转矩特性恒转矩负载特性特点：负载转矩恒定不变，与负载转速无关。1反抗性恒转矩负载特点：负载转矩的方向总是与运动方向相反，转矩的性质是反抗运动的制动性转矩。如机床刀架的平移运动、轧钢机、地铁列车等磨擦类型的负载。2位能性恒转矩负载特点：负载转矩的方向固定不变，并与转速的方向无关。如电梯、起重机、提升机等。二、恒功率负载特性特点：负载功率保持不变，所以有即转矩与转速成反比。这类负载如机床的切削加工，粗加工时切削量大，用低转速；精加工时切削量小，用高转速，在整个过程中功率不变。三、通风机负载特性特点：此类负载负载转矩与转速的平方成正比，即如通风机、水泵、油泵等。TLn四、电力拖动系统的稳定运行条件1．电力拖动系统的平衡状态当电动机的负载转矩n=f(TZ)和与机械特性n=f(T)相交。即T=TZ时，dn/dt=0,转速不变（静止或匀速），Ia=T/CMΦ维持不变，此时为拖动系统处于平衡状态。2．电力拖动系统的稳定平衡状态稳定平衡状态：原系统处于平衡状态，由于某种原因，偏离了平衡状态，但能够在新的条件下自动达到新的平衡或者外界扰动消失后，能够恢复到原来的平衡状态，称为系统稳定平衡状态，否则不稳定。电压突然变化时，转速不变，然后用T和TZ的大小来判定转速的升高和降低。来判断是否能回到原来的平衡状态。(1)必要条件:电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点,即存在(2)充分条件:在交点处,满足:。或者说,在交点的转速以上存在,在交点的转速以下存在3．电力拖动系统稳定运行的条件分析：设原来稳定运行在A点，受扰动作用离开原来的平衡点

nBC=nA+△n；T=TA+△T,TZ=TZA+△TZ,(TA+△T)(TZA+△TZ)=(GD2/375)d(nA+△n)/dt(dT/dn-dTZ/dn)△n=(GD2/375)d(△n)/dt解这个微分方程，两边取积分，当t=0△n=△nCe，此时△n=△nCee(dT/dn-dTZ/dn)375t/GD2

dT/dn<dTZ/dn时，△n小于趋近于零，系统稳定。

dT/dn>dTZ/dn时，△n增大，系统不稳定。系统稳定的充要条件：电机的机械特性和负载特性必须有交点，且在交点处满足判断方法：1、根据定义，增加转速来进行判断2根据稳定的充要条件当恒转矩负载时，§18—2他励直流电动机的起动

一、他励直流电动机的起动定义：电动机接到规定电源后，转速从零上升到稳态转速的过程称为起动过程。这里分析稳态起动即n=0，Ea=0之瞬间，起动电流将很大。起动问题是评价电动机性能的重要方面之一。这是一个动态过程。这里只介绍稳态情况，即在电动机接入电源瞬间，转子待转而未转动这一瞬间的状态。系统要求起动电流要小，起动转矩要大的原因是要保证电源供电质量和起动时间要短。直流电动机起动的原则（1）起动电流要小，使。同时要求满磁起动If=IfN。（2）起动转矩要大，使。（3）起动设备简单可靠经济。

电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动瞬间，起动转矩和起动电流分别为

为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻或降低电枢电压起动。

起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。

过大的起动电流将引起电网电压下降、影响电网上其它用户的正常用电、使电动机的换向恶化；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。一般直流电动机不允许直接起动。二、起动方法直接起动（全压起动）直流电动机刚起动时，n=0，E=0，电源电压全部加在电枢电阻上，由于Ra很小，所以起动时的电枢电流（冲击电流）很大，可达到（10~20）IN值。

1会产生强烈火花，造成换向困难；

2同时使起动转矩太大易使设备受损；

3过大的起动电流又会引起很大的电网电压波动，影响同一电网上的其它电气设备。所以对一般的直流电动机不允许直接起动（小容量电机除外）降压起动起动时降压,使。且；随着转速的升高，E也变大，电枢电流开始变小，这时开始渐渐升高端电压直到U=UN，则起动完毕，降压起动

当直流电源电压可调时，可采用降压方法起动。

起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，保证按需要的加速度升速。

降压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。电枢回路串电阻起动（三级起动电阻）

刚起动时，全部电阻都接入U=UN，合理选择R的值一般能使起动电流等于额定电流的1.5～2倍即可，起动转矩大于负载转矩，转速升高。随着转速的升高，反向电动势也增大，电枢电流变小，转矩也减少，此时到b点切除电阻RΩ3，瞬间速度不变，跳到另一条曲线上，然后依次切除其它电阻最后升到稳定转速，起动停止。一、起动过程电枢回路串电阻起动以三级电阻起动时电动机为例二、分组起动电阻的计算

设对应转速n1、n2、n3时电势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则有：b点c点d点e点f点g点比较以上各式得：

在已知起动电流比β和电枢电阻前提下，经推导可得各级串联电阻为:（6）计算各级起动电阻。（1）估算或查出电枢电阻

；（2）根据过载倍数选取最大转矩对应的最大电流；（3）选取起动级数；（4）计算起动电流比：取整数（5）计算转矩:，校验：如果不满足，应另选或值并重新计算，直到满足该条件为止.计算各级起动电阻的步骤：例他励直流电动机参数如下，PN=55kW，UN=220V，IN=287A，nN=1500r/min，Ra=0.0302Ω,电动机拖动恒转矩负载。若采用电枢回路串电阻起动，起动电流限制在1.8IN以内，求应串入的电阻值和起动转矩。（0.396欧,695Nm）§18—3他励直流电动机的制动制动：在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者从某高速降到某低速值运转（制动过程），或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转（稳定运行），这就是电动机的制动问题。实现制动有两种方法，机械制动和电磁制动。机械制动就是给一个人为地机械阻力；例如，自行车下坡时使用手动拉闸；或机械抱闸，其时间短，但闸皮磨损严重。优点是结构简单。电磁制动是使电机本身在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩，其特点是：制动转矩大，操作控制方便，直流电机的电磁制动类型有能耗制动、反接制动和回馈制动。电磁制动，操作控制方便，制动转矩大能耗制动能耗制动的原理和方法方法：保持If不变，电枢端电压与电源开关断开，接到制动电阻上。即Φ=ΦN

，U=0，电枢回路总电阻R=Ra+Rz。

0=E+Ia(Ra+Rz)，接电阻瞬间，转速不变，于是得Ia=-CeΦn/(Ra+Rz)。电流变为负，电磁转矩也变为负，说明电磁转矩与转速反向，为制动性转矩。实质是把轴上输入的机械能转换成电能，全部消耗在电阻上，所以称为能耗制动。2．机械特性

Rz=0相当于直接起动不允许，Rz大，电流小，转矩小，制动时间长；Rz小冲击电流大。所以通常选取制动初瞬间冲击电流I1=-2IN。另也可采用二级能耗制动。来加速制动过程。如果电动机拖动的是反抗性恒转矩负载那么其在转速为零时就会停车；如果是位能性负载转矩时，n=0,T=0但负载转矩大小方向均不变，所以重物下降使电机反转进入四象限，当T=Tz时系统达到新的平衡状态。又称为能耗制动运行。优点：简单经济，且在制动过程中与电源脱离。缺点：转矩随着转速的减少而减少，因而制动时间长。反接制动电压反接制动时接线如图所示。一、电压反接制动电动制动

开关S投向“电动”侧时，电枢接正极电压，电机处于电动状态。进行制动时，开关投向“制动”侧，电枢回路串入制动电阻后，接上极性相反的电源电压，电枢回路内产生反向电流：

反向的电枢电流产生反向的电磁转矩，从而产生很强的制动作用——电压反接制动。电压反接制动时的机械特性为：曲线如图中所示。工作点变化为：。制动过程中

、、均为负,而、为正表明电机从电源吸收电功率表明电机从轴上吸收机械功率表明轴上输入的机械功率转变为电枢回路电功率。

可见,反接制动时,从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起消耗在电枢回路电阻上。反接制动停机状态（用于快速停机）对应于二象限，速度不变，I1=-2IN，到n=0时T不等于0，所以停车的话要切断电源，否则系统有可能反向起动反向电动状态对应对第三象限。反抗性负载，稳定运行在第三象限。如果是位能性负载，系统反向起动后，不断加速，会进入到第四象限回馈制动状态对应第四象限，速度大于理想空载转速，最后达到新的平衡状态，把位能转换成电能返回到电源，处于再生发电状态（高速）

二、电动势反向的反接制动只适用于位能性恒转矩负载电枢回路串入较大电阻后特性曲线正向电动状态提升重物(A点)负载作用下电机反向旋转(下放重物)电机以稳定的转速下放重物D点在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实现制动.工作点由A-B-C-D,CD段为制动段第二章直流电动机的电力拖动

电动势反向反接制动时的机械特性方程就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性方程。由于串入电阻很大，有

倒拉反转反接制动时的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的部分。倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。（用于位载稳定低速下放）适用范围：位能负载稳定低速下放。电枢回路中串入大电阻。此时E<0为反电势反接制动特点：制动过程耗能大，不经济，但制动效果强，制动时间短；可以自动反转。适用于经常处于起动、制动，频繁正反转的磨擦类负载的生产机械如龙门吊及龙门刨床等生产机械

综述反接制动的特点：（1）制动过程中实际转向与其理想空载转速方向相反（2）电机从电网中输入的电功率和从轴上输入的机械功率全部消耗在电枢回路的电阻上回馈制动

回馈制动时的机械特性方程与电动状态时相同。

电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现情况，此时，反向，反向，由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态——回馈制动状态。稳定运行有两种情况:当电车下坡时，运行转速可能超过理想空载转速,进入第二象限电压反接制动带位能性负载进入第四象限

发生在动态过程中的回馈制动过程有以下两种情况:1、降压调速时产生的回馈制动制动过程为