3.1 直流电动机工作原理及机械特性 重要知识点(No.4)-3 详版(2)(1)

一、本章节主要内容：

1、直流电机的基本结构和工作原理 2、直流发电机

3、直流电动机的机械特性 4、他励直流电动机的启动特性 5、他励直流电动机的调速特性 二、本节重要知识点

1、直流他励电动机为何不能直接接入电网启动？（结合PPT和教材自学） 直流他励电动机电枢回路中的电压平衡方程式为：UEIaRa。电动机在未启动之前，n0，E0,而Ra很小，所以，将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流IstUN/Ra将很大。一般情况下

IstIaUN/Ra(2030)IN。这么大的启动电流会使电动机换向时容易产生火

花，甚至烧坏整流子。而且，过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引起绕组的损坏。同时，产生于启动电流成正比例的启动转矩，会使机械系统承受很大的动态冲击转矩，损坏传动部件。

过大的启动电流将使保护装置动作，从而切断电源，使得生产机械停止工作，或者引起电网电压的下降，影响其他负载的正常运行。

因此，直流电动机是不允许直接启动的，必须在启动时设法限制电枢电流，即限制启动电流Ist2IN。

2、限制直流电动机启动电流的常用方法？（结合PPT和教材自学） （1）降压启动。在启动瞬间，降低供电电压。随着转速n的升高，反电动势E增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压UN时，电动机达到所要求的转速。如：直流发动机—电动机组和晶闸管整流装置—电动机组。

（2）电枢回路内串接外加电阻启动。此时启动电流IstUN，将受到外

RaRst加启动电阻Rst的限制。随着电动机转速n的升高，反电动势E增大，再逐步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速。（思考：串接一个电阻还是多个电阻合适？即采用一段启动电阻还是多段启动电阻合适？P35）

3、电动机速度调节（调速）和速度变化有何不同？

电动机的调速是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电动机稳定转速的一种技术。转速的变化是人为改变（调节）电路参数（如：电枢电路的电阻）所造成的，称为调速或速度调节。

速度变化是指由于电动机负载转矩发生变化（增大或减小）而引起的电动机转速变化（下降或上升）。

速度调节（负载转矩一定，改变电路参数） 速度变化（电路参数不变，负载转矩改变）

速度变化是在某条机械特性下，由于负载改变而引起的；而速度调节则是在某一特定的负载下，靠人为改变机械特性而得到的。

4、直流他励电动机的调速方法？ 直流他励电动机机械特性表达式：nRRadUaT。改变传入电枢回2KeNKeKtN路的电阻Rad，改变电枢供电电压U或主磁通，都可以得到不同的人为机械特性，从而改变负载不变时改变电动机的转速，达到调节转速的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种：

（1）改变电枢电路串接电阻Rad

不考虑电枢短路的电感时，串接电阻，电动机调速（降速）过程如左上图，A—B—C—D—E—F—G方向进行，即从稳定的转速n0调至新的稳定转速n4。切除外加电阻，则电动机调速（升速）见右上图。

此调速方法的缺点：机械特性较软，电阻越大特性越软，稳定度越低。在空载或轻载时，调速范围不大；实现无级调速困难。调速电阻要消耗大量电能等。

值得特别注意：启动电阻不能当作调速电阻用，否则将烧坏。

此调速方法目前已很少采用，仅有些起重机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中采用。

（2）改变电动机电枢供电电压U

改变电枢供电电压U可得到人为机械特性。在一定的负载转矩下，加上不同的电压，可以得到不同的转速，即改变电枢电压可以达到调速的目的。

具体过程请详见P37-38。

由于调压调速过程中N为常数，所以，当TL为常数时，稳定运行状态下（TTL）的电路电流Ia也是一个常数，而与电枢电压U的大小无关。

此调速方法特点：①当电源电压连续变化时，转速可以平滑无级调速，一般只能在额定转速一下调节。②调速特性与固有特性平行，机械特性硬度不变，调速的稳定性较高，调速范围较大。③调速时，因为电枢电流与电压U无关，且

N,故电动机转矩TKtNIa不变，属恒转矩调速，适合于对恒转矩型负载进行调速。④可以靠调节电枢电压而不用启动设备来启动电动机。

他励直流电动机改变电枢供电电压调速是一种性能优越的调速方法，广泛应用于对调速性能要求较高的电力拖动系统中。

（3）改变电动机主磁通

在一定的负载功率下，不同的主磁通，可以得到不同的转速，即改变主磁通可以达到调速的目的。

此调速方法特点：①可以平滑无级调速，但只能弱磁调速，即在额定转速以上调节。②调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，普通他励直流嗲农机的最高转速不得超过额定转速的1.2倍，所以调速范围不大。通过使用特殊制造的“调速电动机”，调速范围可以增加，但这种调速电动机的体积和消耗的材料都比普通电动机大得多。③调速时，维持电枢电压U和电枢电流Ia不变，即功率P=UIa不变，属恒功率调速，所以，它适合于对恒功率型负载进行调速。在这种情况下电动机的转矩TKtNIa要随主磁通的减小而减小。

弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，以扩大调速范围，即在额定转速以下，用降压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速。

5、他励直流电动机的制动特性？（结合PPT和教材P39-46自学） 三种主要的制动：反馈制动、反接制动、能耗制动。