4.12直流电动机4.12.1概述4.12.2工作原理4.12.3电枢电动势及电压平衡关系4.12.4电磁
转矩4.12.5机械特性4.12.6直流电动机的调速4.12.7直流电动机的使用和额定值4.12.1概述与异
步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：（1）调速性能好:调速范围广
，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。应用：（1）轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床等
调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。4.12.2工作原理1工
作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II电流方向：上半边向里，下半边向外。如图所示。注
意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场
的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片IIFFU+–NS电刷换向片II
EE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。2直流电机的构成直流
电机由定子、转子和机座等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构（1）转子（又称电枢）由铁芯、绕
组（线圈）、换向器组成。（2）定子定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中
通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电产
生磁通，称为励磁。根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。
并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电
枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励U
IfM串励UM复励U4.12.3电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动起来
。通电线圈在磁场中转动，又会在线圈中产生感应电动势（用E表示）。1电枢中的感应电动势FFU+–NS电刷
换向片IIEE根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，其大小为：KE：与电机结构有关的常数n：电动机转速
?：磁通单位：?（韦伯），n（转/每分），E（伏）FFU+–NS电刷换
向片IIEE2电枢绕组中电压的平衡关系：因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压Ra:绕组电阻
MRaIaE+–+–U以上两公式反映的概念：(1)电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想改变
E，只能改变?或n。(2)若忽略绕组中的电阻Ra，则，
可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变?可调速。4.12.4电磁转矩KT：与线圈的结构
有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关）?：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流1电磁转矩单位
：?（韦伯），Ia（安培），T（牛顿?米）由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机
旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。2转矩平衡关系电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外
加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：负载转矩T0：空载转矩转矩平衡过程：
当负载转矩（TL）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。例：设外加电枢电压
U一定，T=TL(平衡)，这时，若TL突然增加，则调整过程为：与原平衡点相比，新的平衡点：Ia?、P入?TL?n?
E?Ia?T?最后达到新的平衡点。机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系，下边以他励和串励电机为例说明。
他励电动机和并励电动机的特性一样。4.12.5机械特性1他励电动机的机械特性即：其中，n0：理想空载转速,即
T=0时的转速。（实际工作时,由于有空载损耗，电机的T不会为0。）当T?时n?，但由于他励电动机的电枢电阻Ra很小，所以在
负载变化时，转速n的变化不大，属硬机械特性。根据n-T公式画出特性曲线n0nNTNTn?n其中，
串励的特点：励磁线圈的电流和电枢线圈的电流相同。2串励电动机的机械特性设磁通和电流成正比，即?=K?Ia,则
据此公式做出T-n曲线nT(1)T=0时，在理想情况下，n??。但实际上负载转矩不会为0，不会工作在T=
0的状态，但空载时T很小，n很高的串励不允许空载运行，以防转速过高。串励特性：(2)随转矩的增大
，n下降得很快，这种特性属软机械特性。(3)恒功率负载（P一定时，T和n成反比），要选软特性电机
拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择:(1)恒转矩的生产机械(TL一定，和转速无关）要选硬特性的电动机，
如：金属加工、起重机械等。(2)通风机械负载，机械负载TL和转速n的平方成正比。这类机械也要选硬
特性的电动机拖动。4.12.6直流电动机的调速与异步电动机相比，直流电动机结构复杂，价格高，维护不方便，
但它的最大优点是调速性能好。下面以他励电动机为例说明直流电动机的调速方法。（1）调速均匀平滑，可以无级调速。（注：异步
机改变极对数调速的方法叫有级调速）。（2）调速范围大，调速比可达200以上（调速比等于最大转速和最小转速之比）
，因此机械变速所用的齿轮箱可大大简化。直流电动机调速的主要优点是：由该式可知，n和?有关，在U一定的情
况下，改变?可改变n。在励磁回路中串上电阻Rf，改变Rf大小调节励磁电流，从而改变?的大小。1改变磁通（调磁）
一.原理其中，Rf??If?????n?，但在额定情况下，?已接近饱和，If再加大，对?影响不
大，所以这种增加磁通的办法一般不用。Rf??If?????n?，减弱磁通是常用的调速方法。If的调节有两
种情况：概念：改变磁通调速的方法—减小磁通，n只能上调。其中，二.特性的变化所以：磁
通减小以后特性上移，而且斜率增加。，因为：（减小）TLRf增加Tn?其中，调速过程:U一定
,则Rf???E?Ia?T?n?Ia?E?最后达到新的平衡暂时T>TL其中，（1）调速平
滑，可做到无级调速，但只能向上调，受机械本身强度所限，n不能太高。（2）调的是励磁电流（该电流比电枢电流小得多），
调节控制方便。三.减小?调速的特点：（1）若调速后Ia保持不变，则高速运转时负载转矩必须减小。
（2）这种调速方法只适用于恒功率调速。使用调磁来调速的方法时，应注意：2改变电枢电压调速由转速特性方程知：调电枢电压U
，n0变化，斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。一.特性曲线nn0"n0''n0电压降低T其中，说明
：改变电压的调速方法必须有连续可调的大功率直流电源，这种调速方法适用G-M（发电机-电动机）系统。G-M系统通过改变直流
发电机的励磁电流来改变发电机的输出电压，发电机的输出电压再去控制电动机的电枢电压。这种方法投资大，目前广泛使用的方法是可控硅
整流电路调节电枢电压。二.改变电枢电压调速的特点（1）工作时电枢电压一定，电压调节时，不允许超过UN，，而n?U，所以调速只能向下调。（2）可得到平滑、无级调速。（3）调速幅度较大。例：已知他励电动机的PN=2.2KW,UN=220V,IaN=12.4ARa=0.5?,nN=1500r/min。求：（1）TL=0.5TN时,n=?（2）?=0.8?N时,n=?解：（1）TL=0.5TN时（2）?=0.8?N时 |
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