第八章 直流机讲解

第八章

直流电动机第一节直流电动机的结构与工作原理第二节直流电动机的机械特性第三节他励直流电动机的起动、制动和调速直流电机是一种实现直流电能和机械能相互转换的电磁装置。把直流电能转换成机械能的称为直流电动机；把机械能转换成直流电能的称为发电机。随着电力电子技术的发展，直流发电机已逐步被大功率可控整流电源所替代。直流电动机的优点是调速性能好，起动转矩较大。缺点是制造工艺复杂、价格高、体积大、维护困难。在生产过程中，一些机械对调速性能和起动性能要求较高，传统的三相异步电动机有级变速无法满足拖动要求，常用直流电动机作为原动力。目前尽管采用变频调速的交流电动机应用更加广泛，但直流电动机在许多小场合仍有应用,例如在轧铝、轧钢机械中，主轧机常采用直流电动机调速拖动，而其它工作轴则采用交流电动机调速拖动。本章叙述直流电动机的结构、原理、机械特性和分类，并分析直流电动机的起动、制动、和调速性能。第一节直流电动机的结构与工作原理直流电动机主要由静止的定子和转动的转子组成，在定子和转子之间有一个很小的气隙,图8-1是直流电动机的结构图。一.直流电动机的结构图8-1直流电动机的结构图1.定子直流电动机的定子主要由主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置组成，如图8-2所示。定子的主要作用是产生磁场和机械支撑。图8-2定子图8-3主磁极主磁极是一个电磁铁，由主极铁心和套在主极铁心上的励磁绕组组成，如图8-3所示。主极铁心采用硅钢片叠压而成。励磁绕组由绝缘导线绕制成集中绕组套在主极外部。当励磁绕组中通入直流电流时，主磁极产生恒定磁场。主磁极总是成对出现，按照N极和S极交替排列在定子内壁上。换向极的结构与主磁极类似，由换向极铁心和换向极绕组组成。它安装在相邻两个主磁极之间。当换向极的绕组中通入直流电流时，会产生一个附加的磁场，用于改善换向。机座有两个作用：一是用来固定主磁极和换向磁极；二是作为磁路的一部分。端盖用来固定轴承和电刷装置。电刷装置由电刷、刷握、铜丝辫和压紧弹簧组成，如图8-4所示。电刷由石墨制成，放置在刷握内，被弹簧压紧在换向器上。电刷的作用是把直流电流引入电枢绕组。

（a）外形图

（b）剖面图

图8-6换向器2.转子图8-5直流电动机的转子直流电动机的转子由电枢铁心、电枢绕组和换向器组成，如图8-5所示。转子的电枢铁心用涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，叠成后外壁有凹槽，嵌入电枢绕组。电枢铁心也是直流电动机磁路的一部分。电枢绕组是用导线绕成的线圈按一定的连接规则联接而成的。电枢绕组嵌入电枢铁心的凹槽中，并与换向器联接。电枢绕组的作用是通入电流，产生感应电动势和电磁转矩。电枢绕组是是直流电动机的主要电路，是进行机电能量转换的重要部件。换向器的放大图如图8-6所示。换向器由许多换向片组成，片与片之间用云母绝缘。换向器与电枢绕组联接，固定在转轴上，随转轴转动。换向器的作用是通过与电刷的配合，将电刷两端引入的直流电流转换成电枢绕组中的交流电流。（a）外形图

（b）剖面图图8-6换向器二．直流电动机的工作原理

1．工作原理

图8-7为一个只有一个电枢绕组（线圈AX）、两个换向片、两个电刷（B1、B2）的简单直流电动机原理图。电枢绕组的引出端A、X分别与两个换向片1、2相连，电刷与换向片接触，将电枢绕组与外电路相连。图8-7直流电动机的工作原理

将外加直流电压U加在电刷B1、B2两端，电刷B1接电源正极，电刷B2接电源负极。转子在图8-7图所示位置，直流电流Ia由电枢绕组A端流入，由X端流出。根据左手定则，N极下方的导体产生电磁力方向是逆时针，S极下方的导体产生的电磁力的方向也是逆时针，这两个电磁力产生逆时针的电磁转矩，转子将顺着逆时针方向开始旋转。图8-7直流电动机的工作原理图8-7直流电动机的工作原理当A绕组到达S极下、B绕组到达N极下，即原来处于N极下方的导体运动到了S极下方，原来处于S极下方的导体运动到了N极下方的时候，由于换向片1、2跟随AX线圈一起转动，电刷不动，所以换向片1开始与电刷B2接触，使绕组A端接通外电路的负极；换向片2开始与电刷B1接触，使绕组X端接通外电路的正极。就是说，在电机内部，当A导体向下转到S极下的时候由于电刷和换向片的作用，电流变成“”，X导体向上转到N极下的时候电流变成“”，转子继续受到逆时针方向的作用力连续运转。图8-7直流电动机的工作原理以上分析说明，直流电动机通过电刷与换向器的配合，将外部的直流电流转换成绕组内部的交流电流，使得N极下方导体内的电流始终保持“”方向，S极下导体内的电流始终保持“”方向，转子始终获得逆时针方向电磁转矩，从而实现了连续运转。这就是直流电动机的工作原理。改变电枢电流Ia或励磁电流的方向，可以改变直流电动机旋转方向。2.电磁转矩与电压平衡方程（1）电磁转矩

直流电动机的电磁转矩是电枢电流在磁场中受力产生的，是转子上所有导体受力产生的转矩之和。因此，电磁转矩应与磁通强弱成正比，与电枢电流成正比，电磁转矩表达式如下：

式中Φ是每个磁极下方的磁通，单位为韦伯（Wb）；Ia是电枢电流，单位为安培（A）；CT称为转矩常数，是一个与电动机结构有关的常数。（2）电枢电动势

电枢绕组在磁场中切割磁力线运动，会产生感应电动势。两个电刷之间所有串联的导体产生的电动势之和称为电枢电动势。因此，感应电动势与磁通强弱成正比，与运动速度成正比，表达式如下：式中是每个磁极下方的磁通，单位为韦伯（Wb）；n是电动机的转速，单位为转/分（r/min）；Ce称为电动势常数，也是一个与电动机结构有关的常数。在直流电动机中，是电枢电流Ia的受力引起了电枢的转动，而电枢感应电动势Ea应该产生感生电流去阻碍电枢的转动，因此，电枢中感应电动势Ea的方向与电枢电流Ia的方向相反，是一个反电动势。直流电动机的外加电压U、直流电流Ia、感应电动势Ea的方向如图8-8所示。图8-8直流电动机的电枢电路（3）电枢回路的电压平衡方程式

利用图8-8的电枢电路，可写出直流电动机的电枢回路电压平衡方程式为式中Ra是电枢绕组的电阻。三、直流电动机的分类和铭牌数据1．直流电动机的分类

直流电动机可以按照励磁方式的不同进行分类。励磁方式是指励磁电流的供给方式，分为他励和自励两大类。（a）他励式

图8-9直流电动机的励磁方式他励电动机的励磁绕组由独立电源供给，与电枢绕组无电的直接连接，如图8-9（a）所示。（b）并励式

图8-9直流电动机的励磁方式自励电动机的励磁绕组与电枢绕组由同一直流电源供电，与电枢绕组有直接的电连接。根据两个绕组连接方式的不同，自励又分为并励、串励和复励。并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，电源电流I等于电枢电流Ia与励磁电流If之和，如图8-9（b）所示。（c）串励式

图8-9直流电动机的励磁方式串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，电源电流I与电枢电流Ia、励磁电流If相等，如图8-9（c）所示。（d）复励式

图8-9直流电动机的励磁方式复励电动机的一部分励磁绕组与电枢绕组并联，一部分励磁绕组与电枢绕组串联，如图8-9（d）所示。如果并联励磁绕组与串联励磁绕组产生的磁场方向相同，称为积复励；反之，称为差复励。2．直流电动机的铭牌数据直流电动机的铭牌数据主要标注电动机的额定值。（1）额定电压

UN电动机的额定电压是指电动机正常运行所规定的直流电源电压，单位为伏特（V）。（2）额定电流

Ia电动机的额定电流是指电动机加以额定电压、带额定负载运行时电动机的输入电流，单位为安培（A）。（3）额定功率PN电动机的额定功率是指电动机在额定工况（额定励磁、额定电压、额定负载、额定电流下）工作时转子轴上输出的机械功率，单位为千瓦（kW）。（4）额定转速

nN电动机的额定转速是指电动机在额定电压、额定励磁电流状况下，带额定负载运行时，电动机的转速，单位为（r/min）。（5）额定励磁电流If和励磁方式额定励磁电流是指电动机产生正常的主磁通所需的励磁电流，单位为安培（A）。励磁方式是指电动机正常运行时，励磁电流的供给方式。包括有他励、并励、串励和复励等。除此之外，额定值还包括了额定转矩TN、额定效率ηN、工作方式和温升等。

直流电动机的额定输入功率

额定输出功率额定转矩可以根据额定功率和额定转速求得

[例8-1]一台直流电动机，PN=90kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=0.89，求额定电流IN，额定转矩TN，输入功率P1N。

[解]由

PN=90kW，ηN=0.89，得：

第二节直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性是指电动机转速与电磁转矩之间的关系。本节介绍他励电动机和串励电动机的机械特性。

一、他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的电动势方程为

他励直流电动机的电枢电压平衡方程式为

联立以上两式，可以得到他励直流电动机的转速方程由他励直流电动机的电磁转矩方程T=CTΦIa，可知Ia=CTΦ/T

，将Ia代入式（8-9），可得他励电动机的机械特性为:图8-10他励电动机的机械特性他励电动机的机械特性是一条向下倾斜的直线，如图8-10所示。机械特性曲线中，n0是空载(即T=0)时电动机的转速，称为理想空载转速。

β是机械特性的斜率，表征了机械特性的硬度。β值越大，直线的倾斜程度越大，意味着负载增加时转子速度下降越多，被称为机械特性比较“软”。并励电动机的机械特性与他励电动机的机械特性相同。并励、他励直流电动机在起动和运行时，不允许断开励磁回路。原因如下：如果断开励磁回路，励磁电流为零，主磁极上仅有少量的剩磁Φ≈0。若在起动时断开励磁回路，转子产生的电磁转矩会很小，电动机长期无法起动，由于n=0，故反电势Ea=CeΦn=0，又由可知，起动电流会很大，烧坏电枢绕组。若在空载运行时断开励磁回路，由可知，Φ≈0会导致电动机转速急速上升，出现“飞车”，危及人身安全。若在带负载运行时断开励磁回路，就会失去电磁转矩，电动机转速迅速下降，同样电枢电动势Ea减小，电流迅速增大，烧坏换向器。

[例8-2]一台并励直流电动机，已知PN=60kW，UN=380V，IN=255A，Rf=88Ω，Ra=0.078Ω，nN=1550r/min，试求（1）额定励磁电流IfN；（2）额定电枢电流IaN；（3）额定转矩TN；（4）电枢电动势EaN；（5）理想空载转速nN；（6）保持磁通不变，负载增大到1.2TN时，电动机的转速。[解]（1）额定励磁电流为（2）由于励磁方式为并励（3）额定转矩（4）电动机的电动势平衡方程为所以（5）由于Ea=CeΦn，所以理想空载转速

（6）由于T=CTΦIa，所以当负载增大到1.2TN时，电枢电流随之增大至1.2IaN，此时电枢电动势为由于，所以

二、串励直流电动机的机械特性串励电动机的励磁电流If就是电枢电流Ia。因此当负载增大时，励磁电流If随着电枢电流Ia的增大而增大，若不考虑磁通饱和的情况下，磁通也会随之增大。于是，电磁转矩变为

将上代入机械特性曲线方程，得：再利用转矩T取代上式中的电流Ia，得图8-11串励电动机的机械特性曲线图8-11所示为串励电动机的机械特性曲线，当电动机空载或轻载时，电动机的转速非常高；当负载增大时，电动机的转速迅速降低，电动机的机械特性很软。这种空载或轻载转速过高的机械特性决定了串励电动机的缺点：不允许空载和轻载下起动和运行，以避免转速过高造成的“飞车”现象。为了防止意外，串励电动机不允许采用皮带和链条传动，而且负载转矩不得小于额定转矩的1/4。第三节他励直流电动机的起动、制动和调速一、起动

直流电动机从接通电源开始，至转速达到稳定的整个过程称为起动。直流电动机的起动，需满足以下的几个要求：要有足够大的起动转矩；起动电流限制在一定的范围内；起动时间满足生产需求；起动设备简单、可靠。直流电动机起动时必须先通入励磁电流，保证磁场建立，再将电枢绕组接入，开始起动。1．直接起动直流电动机加额定电压起动的方法，称为直接起动。在起动的瞬间，直流电动机的转速n=0，电枢电动势Ea=0，此时的电枢电流称为起动电流此时的电磁转矩称为起动转矩TST由于电枢绕组Ra的值很小，起动电流可以达到额定电流的十多倍。过大的起动电流会引起电源电压的显著波动，烧坏电动机的换向器；也会产生很大的起动转矩，可能损坏拖动系统的传动机构。因此除了个别容量很小的电动机可以采用直接起动，一般直流电动机不容许直接起动。2．电枢电路串电阻起动如果在起动时，把一个起动电阻RST串入电枢回路，则起动电流为可见，串入的起动电阻限制了起动电流的大小。所以，只要选择合适的起动电阻，就可以将起动电流控制在适当的范围内。在起动过程，电动机转速不断上升，起动电阻一般被逐段切除。当电动机进入正常运行状态时，起动电阻被完全切除。这种起动方法称为电枢电路串电阻起动。3．降压起动在起动时，降低电枢绕组两端的电压，也会减小起动电流。随着电动机的转速上升，逐步将电压升高至额定电压。这种起动方法称为降压起动。降压起动需要专门的电源设备。降压起动的优点是起动电流小，升速平稳，起动过程中的损耗小。[例8-3]例8-2的电动机，试求：

（1）直接起动时的起动电流IST；（2）如果限制起动电流，要求IST≤2IN，需要串入的最小起动电阻；（3）串入最小起动电阻起动时的起动转矩IST。[解]（1）直接起动时的起动电流

（2）若限制起动电流，则串入最小起动电阻最少应满足下式：（3）此电动机的额定转矩由于IST=2IN，起动转矩可按电流比例进行计算：所以

二、制动使直流电动机受到与转向相反的转矩作用，造成转速迅速降低或者停止转动的过程，称为制动。与三相异步电动机的制动类似，直流电动机的制动分为机械制动和电气制动两种。电动机产生与转速方向相反的电磁转矩来进行制动的方法称为电气制动。电气制动包括了能耗制动、反接制动和回馈制动。1．能耗制动能耗制动原理如图8-12所示，制动时把电枢绕组从直流电源上切除，同时在电枢绕组两端接入一个制动电阻Rz，电动机在惯性作用下继续转动，电枢电动势方向不变，，电枢绕组内电流反向，产生与转速方向相反的电磁转矩，起制动作用。

图8-12能耗制动原理图制动过程中，由于直流电源被切除，无电能输入电动机；电动机的机械能全部转换成电能，消耗在电枢电阻和制动电阻上，所以称之为能耗制动。2．反接制动

反接制动原理如图8-13所示，制动时保持励磁电流不变，将电枢绕组反接在直流电源上，所以称为反接制动。这时电源电压U反向，转速n方向不变故电枢电动势Ea方向不变，电枢电流，是一个很大的反向电流，产生与转速方向相反的电磁转矩，产生很大的制动力矩。

图8-13反接制动原理图过大的电枢电流会引起源电压的显著波动，过大的制动转矩会造成传动系统的损坏。因此，在反接制动时必须在电枢电路中串入附加电阻RZ，使，以限制电枢电流小于2.5IN。3．回馈制动

在外力的作用下（下坡或重物下降），电动机的转速高于理想空载转速n0时，电动机就处于回馈制动状态。当n>n0时，反电势Ea大于电枢端电压U，，电枢电流反向，产生与转速方向相反的电磁转矩，是制动转矩。此时电动机处于发电状态，电动机转子的机械能被转换成电能回馈电网，因此称之为回馈制动。

三、调速调速指的是在负载不变的情况下，改变直流电动机的稳态转速。由直流电动机的速度表达式：可以看出：当负载不变时，电动机稳态的电磁转矩T保持不变。所以，改变电源电压U、电枢电阻Ra或每极磁通Φ就可以调节直流电动机的转速。1.电枢电路串电阻调速在保持额定励磁ΦN，电枢加额定电压UN的情况下，将电枢电路中串入电阻，电动机的理想空载转速保持不变n0，机械特性的斜率增大，机械特性变软。电枢电路串电阻调速的机械特性是一组通过，斜率随电阻增大的直线，如图8-14所示。图8-14电枢电路串电阻调速的机械特性图8-14电枢电路串电阻调速的机械特性假设直流电动机不串电阻时，T=TL，稳定工作在固有特性的a点，转速为n1。图8-14电枢电路串电阻调速的机械特性设在电枢电路中串入电阻Rpa，使得总电阻增大到Ra+Rpa

，显然，电阻增大瞬间，电动机由于惯性转速n不会突变，于是电流Ia=(UN-Ea)/(Ra+Rpa)减小，这一瞬间，机械特性曲线将换到（Ra+Rpa）对应的曲线上，以速度不变为原则，工作点从a移到b点。

图8-14电枢电路串电阻调速的机械特性机械特性换到b点后，电磁转矩由TL下降到T/，由于TL<T/，电动机减速。随着电动机转速减小，电枢电动势Ea减小，电枢电流Ia逐渐回升，电磁转矩T也随之回升。当电磁转矩再次回升到TL时，电动机进入串电阻后的平衡运行状态，工作点移动到c点。电动机以转速n2稳定运行，调速过程结束。

图8-14电枢电路串电阻调速的机械特性可见，串电阻调速可以降低电动机的转速。串入的电阻阻值越大，电动机最终的稳定转速就越低。在图8-14中，如果继续串入电阻，电动机的稳定速度会继续降到n3、n4档位稳定运行。串电阻调速的优点是设备简单，操作方便。但缺点是使得机械特性变软，造成电动机运行的稳定性下降，调速范围变小。另外，串入的电阻消耗了电能，使得电动机的效率下降，不太经济。在保持额定励磁ΦN，电枢回路电阻Ra不变的情况下，降低电枢供电电压U，电动机的理想空载转速n0下降，机械特性的斜率不变。直流电动机降压调速的机械特性是一组平行的直线，如图8-15所示。图8-15直流电动机降压调速的机械特性2.降压调速假设电动机带负载以转速n1稳定工作在固有特性上。降低电源电压到U1，电枢电流会减小，电磁转矩下降，电动机减速。随着电动机转速减小，电枢电动势减小，电枢电流逐渐回升，电磁转矩随之增大。当电磁转矩再回升至时，电动机以此时的转速n2进入稳定运行。如果继续降低电枢电压至U2、U3，则电动机的稳态转速会降低到图8-15所示的速度n3、n4。图8-15直流电动机降压调速的机械特性可见，降压调速可以降低电动机的转速。电源电压越低，电动机最终的稳定运行速度越低。降压调速的优点是机械特性硬度不变，电动机调速的稳定性好，可以无级调速，调速范围宽。但降压调速必须使用专用的可调直流电源。一般采用晶闸管直流调速器，其内部简单结构如图8-16a）所示，由主电路和控制电路组成，主电路是晶闸管整流电路，电路功能是把电网的三相交流电变换为可以调节的直流电压。（a）结构图

图8-16晶闸管直流调速器的结构和外形图

（b）外形图图8-16晶闸管直流调速器的结构和外形图

控制电路由微型计算机程序或其它弱电电路生成晶闸管门极所需要的控制信号，控制信号经过隔离触发电路，控制晶闸管的门极，就可以调节直流电压的大小，从而控制直流电动机的速度。图8-16b）为一种直流调速器的外形图。3.弱磁调速在电枢上加额定电压U、电枢电阻Ra不变的情况下,在励磁回路串入调节电阻，使励磁电流下降，磁通Φ减弱，则电动机的理想空载转速n0上升，且机械特性的斜率增大，机械特性变软，直流电动机弱磁调速的机械特性曲线如图8-17所示。图8-17直流电动机弱磁调速的机械特性图8-17直流电动机弱磁调速的机械特性假设电动机带负载TL以转速n1稳定工作在固有特性上。如果降低电动机的磁通至Φ1，由于电动机转速无法突变，所以电枢电动势Ea降低，电枢电流Ia立即增大。一般情况下，电流增加比调速磁通的下降要大，因此电磁转矩增大且T>TL，电动机的转速上升。图8-17直流电动机弱磁调速的机械特性随着电动机转速上升，电枢电动势Ea升高，电枢电流Ia随之减小，电磁转矩也逐步减小。当电磁转矩减小至T=TL时，电动机以此时的转速n2进入稳定运行。如果继续降低励磁磁通至Φ2，则电动机的稳态转速会降低到图8-17所示的速度n3。可见，弱磁调速可以升高电动机的转速。磁通越小，电动机最终的稳定运行转速就越高。但由于前面所述的直流电动机“失磁飞车”现象的存在，在对直流电动机无级变速时，弱磁调速方案较少被单独采用，弱磁（向上）调速通常作为降压（向下）调速的补充方案来使用，以扩大直流电动机的调速范围。

[例8-4]例8-2中的电动机，当带额定负载运行时，求：（1）电源电压不变，励磁不变，电枢电路中串入电阻Rpa=0.122Ω时，电动机的稳定转速；（2）励磁不变，Rpa=0Ω，电源电压下降到220V时，电动机的稳定转速；（3）电源电压不变，Rpa=0Ω减弱磁通至90%ΦN时，电动机的稳定转速。[解]（1）带额定负载TL=TN，且励磁不变，必有T=CTΦIaN=TN，故电动机稳态运行时电流应为额定电流IaN，于是（2）电动机稳态运行时电流仍应为额定电流IaN，于是（3）带额定负载TL=TN，应有T=CTΦIaN=TN，如果磁通Φ降到0.9ΦN，则电流Ia应变为IaN/0.9，即于是

1．直流电动机有哪些主要部件？答：直流电动机主要由静止的定子和转动的转子组成。直流电动机的定子主要由主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置组成，定子的主要作用是产生磁场和机械支撑；直流电动机的转子由电枢铁心、电枢绕组和换向器组成。思考题与习题

2．直流电动机电枢绕组中的电流是直流电还是交流电？直流电动机中的换向器和电刷起什么作用？答：直流电动机电枢绕组中的电流是交流电。直流电动机中的换向器和电刷配合，将电刷两端的直流电转换成电枢绕组中的交流电，使得电枢绕组产生方向不变的电磁转矩。

3．简述直流电动机的工作原理。答：直流电动机通过电刷与换向器的配合，将外部的直流电流转换成绕组内部的交流电流，使得N极下方导体内的电流始终保持向内方向，S极下导体内的电流始终保持向外方向，转子始终获得逆时针方向电磁转矩，从而实现了连续运转。这就是直流电动机的工作原理。

4．他励直流电动机在直接起动时，起动电流取决于什么物理量？在稳定运行时，电枢电流取决于什么物理量，电磁转矩取决于什么物理量？答：他励直流电动机在直接起动时，起动电流取决于直流电压与电枢电阻。在稳定运行时，电枢电流取决于负载的大小，电磁转矩取决于负载转矩的大小。

5．并励直流电动机在运行时，若励磁绕组断线会出现什么情况？答：若在带负载运行时断开励磁回路，就会失去电磁转矩，电动机转速迅速下降，同样电枢电动势减小，电流迅速增大，烧坏换向器。

6.如何改变并励直流电动机的转向？答：改变电源电压的方向就可以改变并励直流电动机的转向。

7．串励直流电动机为什么不能空载起动？答：根据串励电动机的机械特性曲线，当电动机空载或轻载时，电动机的转速非常高；当负载增大时，电动机的转速迅速降低，电动机的机械特性很软。所以串励直流电动机为不能空载、轻载起动。

8．限制直流电动机的起动电流的方法有哪几种？答：有两种方法：一是减小电源电压；二是在电枢中串入电阻限制电流的大小。

9．直流电动机和三相异步电动机起动电流大的原因是否相同？为什么？答:直流电动机和三相异步电动机起动电流大的原因不相同。三相异步电动机起动电流大是由于起动时转差率大，感应电动势大，产生的起动电流大。直流电动机起动电流大，是由于在起动时感应电动势小，电源电压全部加载在电枢绕组上，所以电流很大。

10．直流电动机电气制动的方式有哪几种？请简述操作过程。答：直流电动机电气制动的方式包括有能耗制动、反接制动和回馈制动。能耗制动制动时把电枢绕组从直流电源上切除，同时在电枢绕组两端接入一个制动电阻。反接制动时保持励磁电流不变，将电枢绕组反接在直流电源上，在电枢电路中串入附加电阻。在外力的作用下（下坡或重物下降），电动机的转速高于理想空载转速时，电动机就处于回馈制动状态。

11．直流电动机调速的方式有哪几种？答：直流电动机调速的方式有电枢电路串电阻调速，降压调速，弱磁调速。

12．一台他励直流电动机，在下列条件下转速、电枢电流和电枢电动势如何变化？（1）励磁电流不变，电枢绕组不串电阻，负载转矩不变，电源电压降低；答：转速下降，电枢电流不变，电枢电动势减小。（2）励磁电流不变，电源电压不变，负载转矩不变，电枢绕组串电阻；答：转速下降，电枢电流不变，电枢电动势减小。（3）电源电压不变，电枢绕组不串电阻，负载转矩不变，励磁电流减小。答：转速上升，电枢电流增大，电枢电动势增大。

13．一台直流电动机，PN=20kW，UN=440V，IN=50A，nN=1000r/min

。试求在额定状态下：（1）输入功率P1；（2）效率η；（3）额定转矩TN。解：（1）输入功率P1=UN×IN=22kW

（2）效率η=PN/P1=90.9%

（3）额定转矩

14．一台并励直流电动机，PN=17kW，UN=220V，

nN=2000r/min

，ηN=0.86，Ra=0.04Ω

，Rf=30Ω

。试求在额定状态下：（1）额定电流IN；（2）额定励磁电流If；（3）额定电枢电动势EaN；（4）额定转矩TN。解：（1）额定电流（2）额定励磁电流

（3）额定电枢电动势（4）额定转矩

15．一台并励直流电动机，PN=2.2kW，UN=110V，

nN=1550r/min

，ηN=0.82，Ra=0.078Ω

，Rf=82.7Ω

。试求在额定状态下：（1）额定电流IN；（2）额定励磁电流If；（3）额定电枢电流IaN；（4）额定转矩TN；（5）额定电动势EaN；解：（1）额定电流（2）额定励磁电流

（3）额定电枢电流（4）额定转矩（5）额定电动势

15．一台并励直流电动机，PN=2.2kW，UN=110V，

nN=1550r/min

，ηN=0.82，Ra=0.078Ω

，Rf=82.7Ω

。试求在额定状态下（6）保持磁通不变，负载增大到1.2TN时，电动机的转速n和电枢电流

Ia；解：当负载增大到1.2TN，电枢电流此时的感应电动势

电动机的转速

15．一台并励直流电动机，PN=2.2kW，UN=110V，

nN=1550r/min，ηN=0.82，Ra=0.078Ω

，Rf=82.7Ω

。试求在额定状态下（6）保持磁通不变，负载增大到0.8TN时，电动机的转速n和电枢电流

Ia；

解：当负载增大到1.2TN，电枢电流此时的感应