第17章直流电动机(改)

§17-3直流电动机的机械特性

和工作特性直流电动机的机械特性n~T因为电流转速故直流电动机转矩-转速特性（又称机械特性，n～T）不同励磁方式的电动机，有共同的特性方程式。但在不同的励磁方式下，主磁通随负载电流的变化而变化，导致机械特性有很大的不同。直流电动机的工作特性当电压U=UN，励磁不变情况下：转矩特性：T～Ia转速特性：n～Ia（效率特性：

～Ia

。这里不作讨论）一、并励电动机的特性

端电压、励磁电流不变：a、当负载电流很小时，电枢反应的去磁作用很小，近似认为主磁通不变，则与电枢电流成线性关系。b、当负载电流较大时，电枢反应去磁作用使主磁通有所减小，曲线向下弯曲。1.转矩特性2.转速特性a、若Ia增加，电枢电阻压降增大，故分子减小；b、

Ia增加，电枢反应的去磁作用增加，故分母减小。上述两者影响是相反的。故并励机的转速变化较小。一般来说，电枢电阻电压降的影响较大一些，故并励机的转速特性是略为下倾的。n变化大小以转速变化率来表示：并励机转速变化率较小，一般为3%-8%。这种特性称硬特性并励电动机失磁分析：电流变化：当励磁回路断路时，气隙中的磁通将骤然降至微小的剩磁，电枢回路中的Ea很小。则电枢电流将急剧增加。电磁转矩的变化：T=CT

Ia（1）当电枢电流的增加程度不足以补偿每极磁通的减小程度时，电磁转矩减小，电动机可能停转；（2）当电枢电流的增加程度超过每极磁通的减小程度时，电磁转矩将增大，使电动机加速，直至转速上升到危险的高值，造成“飞车”。以上都不允许！3、并励电动机的机械特性

主磁通由于负载电流的增加略有减小。故机械特性是一条略向下倾斜的直线。增加电枢回路调节电阻Ra，则机械特性倾斜度增大。Ra=0时，称为自然机械特性。，Ra为电枢回路中接入的调节电阻二、串励电动机的特性转矩特性T~IaT=CT

Ia当负载电流（即励磁电流）很小时，铁心处于不饱和状态，主磁通随励磁电流成正比增加，即当负载电流较大时，铁心饱和，主磁通随励磁变化较小（近似不变）串励电动机的转速特性转速特性n~Ia负载较小时，励磁小，磁路不饱和，主磁通与电流成正比负载较大，在磁路饱和后，主磁通近似不变，随电流增加转速略有下降调节电阻，分别表示1/4PN、PN时的转速串励电动机不允许轻载或空载：在空载或很轻负载时，If=Ia很小，主磁通很小，电机必须有很高的转速才能产生足够的反电势，以保持电压平衡。在满载或较重负载时，电枢电流较大，If=Ia较大，气隙磁通较大，电机只需不太高的转速便能产生较高的反电势，以保持电压平衡。鉴于上述原因，串励电动机的转速变化率定义为：在工作范围内，转速随负载电流急剧变化——软特性串励电动机的机械特性2、满载时(铁心饱和)特点：有很大的起动转矩；不能在很轻负载或者空载下运行。故一般和负载直接耦合。n~T1、当轻载时分两种情况：为双曲线为直线电枢回路的调节电阻Ra不同，则机械特性不同。若Ra为0，则为自然机械特性。适当地选择并励磁势和串励磁势的相对强弱，可使复励电动机具有负载所需要的特性。三、复励电动机的特性一般为积复励电动机。特性介于并励电动机和串励电动机之间。若并励磁势占优，则特性与并励电动机接近；若串励磁势占优，则特性与串励电动机接近。差复励一般应用较少。若用，Ws一般取很少，例1匝、2匝等。若Ws取太大，则当Ia(T)上升时，n有可能不降反升。电动机稳定运行T

~n:负载转矩特性;T~n:机械特性稳定运行条件：若T

为常数，则条件为：分析方法：小扰动(如速度变化)。扰动消失后，速度能否恢复。例17-2P344§17-4直流电动机的起动、调速和制动一、直流电动机的起动起动要求：足够的起动转矩起动电流不能太大tIannIaIst直接起动起动时，n=0，Ea=0，Ist=U/

ra，起动电流很大（可达10-20IN）。可能后果：损坏电枢绕组、导致换向器环火等。随着速度增加，Ea增加，电枢电流下降。电枢回路串电阻的起动方法变阻器起动——起动时，在电枢回路中串入变阻器，当转速逐渐上升时，可把起动电阻逐级切除。为了保证足够的起动转矩，使起动时间不致过长，起动电流不应过小。通常取I1＝(1.75—1.5)IN和I2＝(1.3—1.1)IN常见的起动方法：直接起动；电枢回路串电阻起动；降压起动。降压起动方法一般只适用于大容量频繁起动的直流电动机，须用专门的调压电源。优点：起动电流小，起动消耗能量少，升速比较平稳。二、直流电动机的调速一般直流电动机调速性能良好：调速范围广、调速连续平滑、损耗小、较经济、调速方法简便、工作可靠等。电枢回路中的串联电阻①调节励磁电流以改变每极磁通Φ；②调节外施电源电压U；③电枢回路中引入可调电阻量Ra。三种调速方法：1、调节励磁电流以改变每极磁通

适用于并励、他励电动机设调速前后负载不变(则电磁力矩T不变)，外施电压U不变。因T=CT

1Ia1=CT

2Ia2，即①从调速前后的结果看则因输入功率、输出功率为P1=UI，P2=T

。由上式知，I、基本同比例变化，故效率=P2/P1

常数。故本方法的经济性很好。②从调速过程看(1)最高转速受机械强度及换向的限制；(2)最低转速受励磁绕组本身固有电阻及磁路饱和的限制。a.调速前，平衡状态，即T1=TL。此时b.改变

后(如由

1减小至

2)。初瞬n不变，反电势E2与同比例下降，故增大。一般Ia2的增大倍数远大于的减小倍数。故T2=CT

2Ia2增大。电机加速。反电势E增大，Ia减小，直至T2=TL。(见下页表)此种调速方法的调速比不大，一般在1:2~1:6n

EIaraIaTU变速前(

1)n1

1E1=Cen1

1(100-5)%=95%Ia1ra(设5%)Ia1T1=CT

1Ia1(T1=TL，平衡)100%

减小至0.81的瞬间n10.810.8E1(0.8×95%=76%)Ia2ra(100%-76%=24%)Ia124/5=4.8Ia1T2=CT

2Ia2=CT0.814.8Ia1=3.84T1(>TL，加速)100%稳定后(

2=0.81)0.81(100-6.25)%=93.75%1.25×5%=6.25%CT

1Ia1=CT

2Ia2(平衡)100%改变磁通后的调速过程：(如

2=0.81)2、调节电源电压U可以在很广的范围内平滑调速，且电动机的机械特性(n~T)硬度保持不变。励磁恒定时，如他励变电压的调速接线图：①改变G1励磁电流，实现M1的变电压调速；②改变G1或M1励磁电流方向，可改变M1的转向；③起动时，可降低发电机端电压以限制起动电流。对M1供电的直流发电机对G1、M1供励磁的直流发电机拖动G1、G2被调速电动机(他励)3、调节电枢回路电阻Ra调速调速的物理过程(设TL、U、If不变)：此种调速方法有如下缺点：1、效率低。当TL不变，若n下降，P2也下降；另一方面，因U、Ia不变，故P1基本不变。故效率随n降低而降低；2、TL较小时，Ia较小，则调速作用不大。例17-3(P340)电枢回路附加电阻Ra(

)并励回路附加电阻Rf(

)n0(rpm)nN(rpm)00707.4(计算略)612(计算略)09495675010707.4594.5三、直流电动机的制动制动：使转子产生一个方向与旋转方向相反的电磁力矩。制动目的：使转子尽快停转或者限制速度提高。1.能耗制动特点：低速时，制动转矩很小。可配合机械制动闸，以加快停转。1、电枢回路接电源，正常运行(电动机)；2、电枢回路切断电源，并立即接到电阻R。电枢电流反向(发电机运行)。并励电动机能耗制动原理图(他励、复励机类似)2.回馈制动当电动机的转速高于某一数值时，电动机的反电势E大于电源电压U，即E>U，电枢电流将反向，电机进入发电机的运行状态，起制动作用，可限制转速的持续上升。适用于电车下坡等场合。3.反接制动励磁回路不变，电枢回路反接当转速为零时，电磁转矩不为零，应及时将电源切除，否则将反转。利用倒向开关，将电枢回路接至电源的两端互换，而励磁回路不变。则B方向不变，Ia方向改变，故电磁力矩方向改变，制动。初瞬电流很大，由增大到