電機與電氣控制技術課件 任務2 直流電動機2

學習情境2直流電動機的起動、調速、反轉與制動任務2.1認識直流電動機任務2.2直流電動機的起動、調速、反轉與制動化學工業(yè)出版社

學習情境2直流電動機的起動、調速、反轉與制動【任務目標】技能目標：1.能正確選擇直流電動機；2.能利用電壓表、電流表測量電機電壓和流；3.能正確完成電機控制線路的安裝與接線；4.能正確使用合理方法對直流電機進行調速。知識目標：1.了解直流電動機的特點、用途和分類；2.熟悉直流電動機的機構和工作原理；3.熟悉直流電動機起動、反轉、調速和制動的方法。

任務2.1認識直流電動機【任務描述】

直流電機是指能發(fā)出直流電的發(fā)電機，或通以直流電而轉動的電動機。直流電動機與交流電動機相比較，具有良好的起動性能，起動轉矩較大；能在較寬的范圍內進行平滑的無級調速；還適宜于頻繁起動。因此，凡要求大范圍無級調速，或者要求較大起動轉矩的場合都采用直流電動機作為動力。它應用于電力機車、無軌電車、軋鋼機、礦井卷揚機、大型機床、起重機等設備中。小容量的直流電動機廣泛應用于自動控制系統(tǒng)中。

任務2.1認識直流電動機

【任務描述】

直流發(fā)電機作為各種直流電源，用于直流電動機的電源，化學工業(yè)中電解、電鍍的電源，發(fā)電廠中同步發(fā)電機的勵磁電源，后者稱為勵磁機。直流電機也存在一些缺點，如制造中消耗金屬較多，工藝較復雜，成本較高，運行中電流換向的故障較多，維修比較麻煩。對于粉塵比較大，易燃易爆場所直流電機根本不能應用，這是它致命的弱點。這些使直流電動機的廣泛應用受到了一定的限制，沒有交流電機應用廣泛。本任務主要研究直流電動機的基本結構、工作原理和主要特性。

任務2.1認識直流電動機【子任務目標】技能目標：1．能認識直流電機；2．能正確選擇直流電動機。知識目標：1．了解直流電動機的結構和功能；2．熟悉直流電動機的工作原理。

任務2.1認識直流電動機【知識準備】（一）直流電動機的基本結構直流電機進行能量轉換，必須有磁場以及與磁場耦合的線圈，磁場與線圈之間還必須有相對運動。因此，直流電機由靜止部分和轉動部分組成。靜止部分稱為定子，包括主磁極、換向極、電刷裝置和機座等主要部件。轉動部分稱為轉子。直流電機的轉子通常稱為電樞，它主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等部件組成。圖2.1.1所示為直流電機的結構圖。下面對直流電機的主要部件作簡要介紹。

任務2.1之【知識準備】

圖2.1.1直流電動機的結構放大

（一）直流電動機的基本結構1．定子部分（1）主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生主磁場，以便電樞在此磁場中轉動而產(chǎn)生感生電動勢。主磁場有兩種形式：永久磁鐵和電磁鐵。絕大部分直流電機采用電磁鐵。電磁鐵由主磁極鐵心和勵磁繞組組成，如圖2.1.2所示。主磁極鐵心一般由1～1.5mm厚的鋼板沖片疊壓而成。繞制好的勵磁繞組套在鐵心外面，整個磁極用螺釘固定在機座上。主磁極總是成對出現(xiàn)的，各主磁極上的繞組連接時要能保證相鄰磁極的極性按N極和S極依排列。為了減少氣隙中有效磁通的磁阻，改善氣隙磁通密度的分布波形，磁極下的極掌（或稱極靴）較極身寬，這樣也可以使勵磁繞組牢牢地套在磁極上。

任務2.1之【知識準備】（一）直流電動機的基本結構1．定子部分（2）換向極換向極是用來改善直流電機換向的，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)小的火花。換向極裝在容量大于1kW的直流電機的兩主磁極之間，也是由換向極鐵心和換向極繞組組成，如圖2.1.3所示。一般換向極鐵心用整塊鋼板加工而成。也可用1.5mm的鋼板疊壓。換向極繞組套在換向極鐵心上，與電樞繞組串聯(lián)。一般換向極的數(shù)量與主磁極相同。（3）機座電機定子部分的外殼稱為機座。機座通常由鑄鋼或厚鋼板焊成。它有兩個作用，一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并固定和支撐整個電機；二是作為電機磁路的一部分，構成磁極之間磁的通路。機座中有磁通經(jīng)過的部分稱為磁軛。

任務2.1之【知識準備】（一）直流電動機的基本結構1．定子部分（4）電刷裝置電刷的作用是將旋轉的電樞與固定不動的外電路相連，把直流電壓或直流電流引入或引出。電機中常用一套電刷裝置來保證它的作用。電刷裝置由電刷、彈簧、刷握、刷桿及刷桿座等組成。電刷是用石墨等制成的導電塊，放置在刷盒內，用彈簧將它壓緊在換向器上，刷握固定在刷桿上。容量大的電機，可在同一刷桿上并排安裝一組刷握和電刷。一般刷桿數(shù)與主磁極數(shù)相等。由于電刷有正、負極之分，因此刷桿必須與刷桿座絕緣。電刷組在換向器表面應對稱分布，刷桿座可與端蓋或機座相連接。整個電刷裝置可以移動，用以調整電刷在換向器上的位置。圖2.1.4所示為電刷裝置結構圖。

任務2.1之【知識準備】

1-主磁極鐵心1-主磁極鐵心1-刷桿座2-刷握

2-機座3-勵磁繞組2-換向極繞組3-電刷4-刷桿5-壓力彈簧圖2.1.2主磁極的結構圖2.1.3換向極的結構圖2.1.4電刷裝置的結構（一）直流電動機的基本結構1．定子部分

任務2.1之【知識準備】放大（一）直流電動機的基本結構2．轉子部分（1）電樞鐵心電樞鐵心是主磁路的一部分．同時要安放電樞繞組。由于電機運行時，電樞與氣隙磁場間有相對運動，鐵心中也會產(chǎn)生感應電動勢而出現(xiàn)渦流和磁滯損耗。為了減少損耗，電樞鐵心通常由0.5mm厚的表面絕緣的硅鋼片經(jīng)沖壓疊裝而成。沖片圓周外緣均勻地沖有許多齒和槽，槽內可安放電樞繞組，有的沖片上還沖有許多圓孔，以形成改善散熱的軸向通風孔，圖2.1.5所示為電樞鐵心沖片的形狀和電樞鐵心主體圖。電機容量大時，電樞鐵心的圓柱體還可分隔成幾段，每段間隔10mm左右，以形成徑向的通風道。

任務2.1之【知識準備】

任務2.1之【知識準備】（a）電樞鐵心沖片（b）轉子主體1-齒；2-槽；3-軸向通風孔；4-換向器；5-電樞繞組；6-電樞鐵心；7-徑向通風道圖2.1.6線圈在槽內的安放示意圖1-上層有效邊；2.5-端接部分；3-下層有效邊；4-線圈尾端；6-線圈首端

圖2.1.7線圈在槽內的安放示意圖（一）直流電動機的基本結構2．轉子部分放大放大

（2）電摳繞組電樞繞組是直流電機電路的主要組成部分，它的作用是產(chǎn)生感應電動勢或通過流過的電流產(chǎn)生電磁轉矩，實現(xiàn)機電能量轉換。電樞繞組由許多線圈按一定的規(guī)律連接而成。這種線圈通常用高強度聚酯漆包線繞制而成，繞制好的繞組或成型繞組放置在鐵心槽內，放置在鐵心槽內的直線部分在電機運轉時將產(chǎn)生感應電動勢，稱為元件的有效部分，繞組元件的一條有效邊嵌入某個槽中的上層，另一有效邊則嵌入另一槽中的下層，如圖

2.1.6所示。在電樞槽兩端把有效部分連接起來的部分稱為端接部分，端接部分僅起連接作用，在電機運行過程中不產(chǎn)生感應電動勢。繞組與鐵心槽之間及上、下層有效邊之間均絕緣，如圖2.1.7所示。槽口處沿軸向打入絕緣竹片或用環(huán)氧酚醛玻璃布板制成的槽楔，將線圈壓緊并防止它在運行時飛出。

任務2.1之【知識準備】同樣，端接線也要用玻璃帶扎緊。線圈的兩個端頭按一定的規(guī)律焊接在換向片上。（3）換向器換向器的作用是與電刷一起將直流電動機輸入的直流電流轉換成電樞繞組內的交變電流，或是將直流發(fā)電機電樞繞組中的交變電動勢轉換成輸出的直流電壓。換向器是一個由許多燕尾狀的梯形銅片間隔云母片絕緣排列而成的圓柱體。每片換向片一端有高出的部分，上面銑有線槽，供電樞繞組引出端焊接用。所有換向片均放置在與它配合的只有燕尾槽的金屬套簡內，然后用V形鋼環(huán)和螺紋壓圈將換向片和套筒緊固成一個整體。換向片組與套筒、V形銅環(huán)之間均要用云母環(huán)絕緣，如圖2.1.8所示。這樣的換向器稱為金屬套筒式換向器。

任務2.1之【知識準備】

現(xiàn)代小型直流電機已廣泛采用熱壓塑料代替金屬套筒，這種塑料熱壓成型緊固的換向器，稱為塑料換向器。

任務2.1之【知識準備】1-槽楔2-線圈絕緣3-導體4-槽絕緣5-層間絕緣6-槽底絕緣圖2.1.7電樞槽內的絕緣1-換向片2-云母片3-云母套筒4-V形鋼片5-鋼套6-絕緣套筒7-螺紋壓圈圖2.1.8直流電機的換向器放大（二）直流電動機的銘牌銘牌釘在電機機座的外表面上，上面標明電機的主要額定數(shù)據(jù)，供使用者使用時參考。銘牌數(shù)據(jù)主要包括：電機型號、電機額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉速和勵磁電流及勵磁方式等，此外還有電機的出產(chǎn)數(shù)據(jù)，如出廠編號、出廠日期等。1.電機型號電機型號表示電機的結構和使用特點，國產(chǎn)電機的型號一股用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字表示，其格式為：第一部分字符用大寫的漢語拼音表示產(chǎn)品代號；第二部分字符用阿拉伯數(shù)字表示設計序號；

任務2.1之【知識準備】

第三部分字符是機座代號，用阿拉伯數(shù)字表示；第四部分字符表示電樞鐵心長度代號，用阿拉伯數(shù)字表示?，F(xiàn)以老型號Z3-42及新型號Z4-200-21

為例說明如下：

老型號

任務2.1之【知識準備】新型號Z4160/2—21

1號端蓋

2號鐵心極數(shù)為2中心高度（mm）

直流電動機，第四次設計

任務2.1之【知識準備】2．額定功率

是指在額定條件下電機所能供給的功率。額定功率對電動機和發(fā)電機的含義是不同的。對于電動機額定功率是指電動機軸上輸出的額定機械功率；對于發(fā)電機額定功率是指電刷間輸出的額定電功率。額定功率的單位為kW。3．額定電壓是指額定運行條件下，電機出線端的工作電壓。對于電動機，是指輸入額定電壓；對于發(fā)電機，是指輸出額定電壓。額定電壓的單位為V或kV。

任務2.1之【知識準備】4.額定電流

是指電機在額定電壓情況下，運行于額定功率的電流。對于電動機，是指在額定運行時從電源輸入的電流；對于發(fā)電機，是指額定運行時供給負載的輸出電流。額定電流的單位為A或kA。5.額定轉速

是指對應于額定電壓、額定電流，電機運行于額定功率所對應的轉速，單位為r/min。

6.額定勵磁電流

是指對應于額定電壓、額定電流、額定轉速與額定功率時的勵磁電流。

任務2.1之【知識準備】7.勵磁方式是指直流電動機的勵磁線圈與其電樞線圈的連接方式。根據(jù)電樞線圈與勵磁線圈的連接方式不同。直流電機可分為他勵式和自勵式兩種，自勵式又可分為并勵、串勵、復勵三種。

1)他勵直流電機勵磁繞組由其他直流電源供電，與電樞繞組之間沒有電的聯(lián)系，如下圖(a)所示。永磁直流電機也屬于他勵直流電機，因其勵磁磁場與電樞電流無關。圖中電流正方向是以電動機為例設定的。

任務2.1之【知識準備】

任務2.1之【知識準備】2)并勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。如圖(b)所示。勵磁電壓等于電樞繞組端電壓。以上兩類電機的勵磁電流只有電機額定電流的1%～5%，所以勵磁繞組的導線細而匝數(shù)多。

3)串勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖(c)所示。勵磁電流等于電樞電流，所以勵磁繞組的導線粗而匝數(shù)較少。直流電機的勵磁方式不同，運行特性和適用場合也不同。4)復勵直流電機每個主磁極上套有兩套勵磁磁繞組，一個與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵繞組。一個與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵繞組，如圖(d)所示。兩個繞組產(chǎn)生的磁動勢方向相同時稱為積復勵，兩個磁勢方向相反時稱為差復勵，通常采用積復勵方式。

直流電機的勵磁方式不同，運行特性和適用場合也不同。

任務2.1之【知識準備】

任務2.1之【知識準備】(a)他勵電動機(b)并勵電動機(c)串勵電動機(d)復勵電動機

圖1.20直流電動機的分類

關于額定容量，對直流發(fā)電機而言，是指發(fā)電機帶額定負載時，電刷端輸出的功率；對直流電動機而言，是指電動機帶額定負載時，轉軸上輸出的機械功率。因此，直流發(fā)電機的額定容量應為

任務2.1之【知識準備】而直流電動機的額定容量為式中，是直流電動機的額定效率。它是直流電動機帶額定負載運行時，輸出的機械功率與輸入的電功率之比。電動機軸上輸出的額定轉矩用TN表示，其大小應該是輸出的額定機械功率除以轉子額定角速度，即

此式在交流電動機中同樣適用。

任務2.1之【知識準備】

直流電機運行時，若各個物理量都為額定值，就稱為額定運行狀態(tài)。由于電機是根據(jù)額定值設計的，因此，在額定運行狀態(tài)下工作，電機能可靠地運行，并具有良好的性能。實際運行中，電機不可能總是上作在額定運行狀態(tài)的，如果運行時電機的負載小于額定容量，稱為欠載運行；而運行時電機的負載超過額定容量，稱為過載運行。長期的過載或欠載運行都不好。長期過載有可能因過熱而損壞電機，長期欠載則運行效率不高，浪費容量。為此，在選擇電機時，應根據(jù)負載的要求，盡可能讓電機工作在額定狀態(tài)。

[例2-1-1]一臺直流電動機其額定功率PN＝160kw，額定電壓UN＝220V，額定效率ηN＝90%，

任務2.1之【知識準備】額定轉速nN＝1500r／min，求該電動機額定運行狀態(tài)時的輸入功率、額定電流及額定轉矩各是多少。

解額定輸入功率

額定電流

額定轉矩

任務2.1之【知識準備】（三）直流電動機的基本原理我們知道，載流導體在磁場中會受到磁場力的作用。直流電動機就是這一規(guī)律的具體應用。若磁場BX與導體l互相垂直，且導體中通以電流，則作用于載流導體上的電磁力f為圖2.1.9

是直流電動機的工作原理模型。電刷A、B兩端加直流電壓,電流從電源的正極流出，經(jīng)過電刷A與換向片1而流入電動機線圈，電流方向為,然后再經(jīng)過換向片2與電刷B流回電源的負極。根據(jù)電磁力定律，線圈邊與在磁場中分別受到電磁力的作用，其方向可用左手定則確定。此電磁力形成的電磁轉矩，使電動機逆時針旋轉。此電磁力形成的電磁轉矩，使電動機逆時針旋轉。當線圈邊轉到S極，轉到N極時，流經(jīng)線圈的電流方向必須改變，

任務2.1之【知識準備】這樣，導體所受的電磁力方向才能不變，從而保持電動機轉向不變。保持導體中電流方向不變的任務由換向器來完成。由圖2.1.9可以看出，原來電刷A通過換向片1與轉到N極的導體相連；現(xiàn)在電刷A通過換向片2與轉到N極的導體相連，電刷B通過換向片1與轉到S極的相連。線圈中電流方向改變，用左手定則判斷電磁力和電磁轉矩的方向未變，電樞仍逆時針方向旋轉。

任務2.1之【知識準備】圖2.1.9直流電動機的工作原理模型放大（四）直流電動機的電樞反應當電機有負載時，電樞繞組中有電流通過，也要產(chǎn)生一個磁場，叫做電摳磁場。發(fā)電機的電樞磁場與電動機的電樞磁場是不同的，但它們的軸線均與主磁場的軸線垂直相交，所以又叫交軸磁場，如圖2.1.10所示。在有負載的電機中，主磁場和電樞磁場是同時存在的。電樞磁場的存在對主磁場會產(chǎn)生影響，這種影響叫做電樞反應。

任務2.1之【知識準備】

圖2.1.10直流電動機的交軸磁場

圖2.1.11直流電動機的合成磁場

任務2.1之【知識準備】放大

電樞磁場和主磁場同時存在，共同作用在電樞上，這兩個磁場的合成作用使磁場合成后的軸線逆著旋轉方向偏過角。由于電樞磁場的影響使得主磁極的幾何中性面的磁感應強度不再為零，物理中性面逆著旋轉方向偏轉角。這就是電樞反應的第一個影響，如圖2.1.11

所示。電機工作在磁路近飽和的狀態(tài)下，電樞磁場也削弱了主磁場，這是第二個影響。這對于直流電動機來說，除了換向器與電刷間的火花增大外，電動機的輸出轉矩還有所減少，若負載不變，則轉速有所下降。綜合上述分析，直流電機的電樞反應引起的影響是：（1）電機的主磁場發(fā)生畸變，磁極軸線發(fā)生了偏轉。（2）電機的主磁場被削弱。

任務2.1之【知識準備】（五）直流電動機的電樞感應電動勢和電磁轉矩

1.感應電動勢

通常所說的電樞電動勢就是指正、負電刷之間的感應電動勢。該電動勢等于電樞繞組每一條支路中各導體的感應電動勢之和。這些導體分布在電樞槽內，因而它們在氣隙磁場中也就處在不同的位置。電樞旋轉時，每個導體切割的磁通密度不一樣，所以它們產(chǎn)生的感應電動勢的大小也不一樣。在不同瞬間，同一導體中感應電動勢的數(shù)值也不同。設導體在電樞表面均勻分布，氣隙磁通密度的平均值為Bav，電樞表面的線速度為v，電樞導體數(shù)為N，并聯(lián)支路數(shù)為2a，每極磁通為Ф，磁極對數(shù)為p，則每條支路的總電動勢為

任務2.1之【知識準備】

式中

Ce為電動勢常數(shù)，Ea為電樞電動勢。

2.電磁轉矩不論是直流電動機或直流發(fā)電機，只要電樞繞組中有電流通過，通過導體與氣隙磁場相互作用就產(chǎn)生電磁力，從而產(chǎn)生電磁轉矩。

任務2.1之【知識準備】

設繞組每一條支路中流過的電流為ia，電樞總電流為Ia，電樞導體數(shù)為N，并聯(lián)支路數(shù)為2a，設電樞直徑為D，

將電機電樞的周長用電機的極距表示則作用在電樞上總的電磁轉矩為

由上式可知，電機的電磁轉矩與氣隙磁通和電樞電流的乘積成正比。當氣隙磁通恒定時，電樞電流越大，電磁轉矩越大；當電樞電流一定時，氣隙磁通越大，電磁轉矩也越大。

任務2.1之【知識準備】（六）直流電動機1.直流電動機的分類按結構形式分為：開啟式、防護式、封閉式和防爆式幾種；按容量大小分為：小型、中型和大型直流電動機；按勵磁方式可分為：他勵、并勵、積復勵、差復勵和串勵。

任務2.1之【知識準備】a）他勵b）并勵c）積復勵d）差復勵e）串勵圖2.1.12直流電動機各種勵磁方式接線圖放大2.電力拖動系統(tǒng)的運動方程式

1）電力拖動系統(tǒng)簡介用各種原動機帶動生產(chǎn)機械的工作機構運轉，完成一定生產(chǎn)任務的過程稱之為拖動。用電動機作為原動機的拖動稱為電力拖動。（1）電力拖動系統(tǒng)的組成電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機、生產(chǎn)機械的工作機構、傳動機構、控制設備以及電源五部分組成，如圖2.1.13所示。

任務2.1之【知識準備】圖2.1.13電力拖動系統(tǒng)組成（2）電力拖動系統(tǒng)的運動方程如圖2.1.14所示為單軸電力拖動系統(tǒng)，電動機直接與生產(chǎn)機械的工作機構相連接，電動機與負載用同一個軸，以同一轉速運行。

任務2.1之【知識準備】圖2.1.14單軸電力拖動圖2.1.15

他勵直流電動機放大放大圖中標出的最主要的物理量有：n為電動機轉速，T為電動機電磁轉矩，TL為負載轉矩。由于電動機負載運行時，一般情況下TL》T0

，故可忽略T0（T0為電動機空載轉矩）。圖中還標注了各量的正方向（按電動機慣例），若轉速、電磁轉矩、負載轉矩都為正值時，那么電磁轉矩是拖動性質的轉矩，負載轉矩則屬制動性質的轉矩單軸電力拖動系統(tǒng)中，電磁轉矩、負載轉矩與轉速變化的關系用運動方程式描述為:我們稱（T

－TL）為動轉矩。動轉矩等于零時，系統(tǒng)處于恒轉速運行的穩(wěn)態(tài)；動轉矩大于零時，系統(tǒng)處于加速運動的過渡過程中；動轉矩小于零時，系統(tǒng)處于減速運動的過渡過程中。

任務2.1之【知識準備】3.直流電動機的基本方程1）電壓平衡方程式

圖2.1.15為一臺他勵直流電動機的示意圖。根據(jù)圖2.1.15中用電動機慣例所設各量的正方向，用基爾霍夫電壓定律可以列出電壓平衡方程式2）轉矩平衡方程式穩(wěn)態(tài)運行時，作用在電動機軸上的轉矩有3個。一個是電磁轉矩T，方向與轉速n相同，為拖動轉矩；一個是電動機空載損耗轉矩T0，是電動機空載運行時的制動轉矩，方向總與轉速n相反，還有一個是軸上所帶生產(chǎn)機械的轉矩T2，一般為制動轉矩。

任務2.1之【知識準備】3）功率平衡方程式將式電壓平衡方程兩邊乘以電樞電流Ia，得4）電磁功率

任務2.1之【知識準備】

任務2.1之【任務實施】引導問題為：（1）直流電動機有什么用處？按勵磁方式怎樣分類？

（2）直流電動機的主要結構有哪幾部分？

（3）直流電動機的主要額定值有哪幾個，直流電動機、直流發(fā)電機的額定容量、額定電壓的意義相同嗎？（4）什么是直流電動機的電樞反應？電樞反應對電機主磁場的有哪些？（5）寫出直流電動機的電動勢公式、電磁轉矩公式、電壓平衡方程式，解釋各式中各符號的含義。（6）電力拖動系統(tǒng)有哪幾部分組成？

3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學生了解直流電機結構、原理、銘牌參數(shù)并舉例，或指導學生自學。

任務2.1認識直流電動機【學習小結】

1.直流電機是電能和機械能相互轉換的旋轉電機之一。它可以將機械能轉換為直流電能，稱之為直流發(fā)電機；也可以將直流電能轉換為機械能，稱之為直流電動機。2.直流電機按用途可分為直流發(fā)電機和直流電動機兩類。按勵磁方式可分為他勵和自勵兩大類。其中自勵電機又可分為并勵、串勵、復勵三種形式。直流電機在結構上分為固定部分和轉動部分。固定部分主要是主磁極，由它產(chǎn)生主磁場。轉動部分主要是電樞，電樞繞組是直流電機的核心部分，在其中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，通過電流產(chǎn)生電磁轉矩，傳送電磁功率，進行電能和機械能的相互轉換。

3.直流電機是根據(jù)電流和磁場的相互作用原理來工作的。直流發(fā)電機是根據(jù)導線在磁場中運動而產(chǎn)生感應電動勢的原理來工作的；直流電動機是根據(jù)通電子體在磁場中受到磁場作用力的原理來工作的。4.直流電機運行時，電樞電流產(chǎn)生電樞磁場，電樞磁場對主磁場的作用，稱電樞反應。主磁極產(chǎn)生主磁場，主磁場和電樞磁場的合成磁場是電機的工作磁場。電樞反應使主磁場的物理中性面產(chǎn)生偏移，并削弱磁場，其主要表現(xiàn)在電流換向問題上。

任務2.1之【學習小結】

任務2.1認識直流電動機【自我評估】2.1-1直流電動機的主要結構有哪些？各有何作用？2.1-2直流電機是如何分類的，其銘牌各項分別代表什么？2.1-3直流電機的主磁場是怎么產(chǎn)生的？2.1-4一臺直流發(fā)電機數(shù)據(jù)為：額定功率PN=10kW，額定電壓UN=230 V,額定轉速

nN=

2850r／min

，額定效率ηN＝0.85。求它的額定電流及額定負載時的輸入功率。2.1-5一臺直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：額定功率PN＝17kW，額定電壓UN＝220V，額定轉速nN＝2850r／min，額定效率ηN＝0.83，求它的額定電流及額定負載時的輸入功率。

2.1-6一臺直流電機有兩對磁極（p=2），每極的氣隙磁通Ф=0.14Wb，電樞繞組有兩對并聯(lián)支路（a=2），共有導體N＝348根，當電機轉速為1450r/min時，電樞電動勢是多少？2.1-7一臺并勵直流發(fā)電機額定電壓UN=230V，電樞電阻Ra=0.25Ω，勵磁繞組RE=460Ω，負載電阻RL＝50Ω，求電樞電流和電動勢。

任務2.1之【自我評估】任務2.2直流電動機的起動、調速、反轉與制動【任務描述】

直流電動機在需要寬范圍調速的場合或要求有特殊運行性能的自動控制系統(tǒng)中，—直占有十分重要的地位。直流電動機具有以下一些優(yōu)良特性：（1）它具有調速平滑、方便和調速范圍寬和優(yōu)良的調速持性；（2）能夠承受頻繁的沖擊負載，以及過載能力大；（3）可進行頻繁的無級快速起動、反轉和制動；（4）能夠滿足生產(chǎn)：過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求本任務主要研究直流電動機的起動、調速、反轉及制動原理和方法。任務2.2直流電動機的起動、調速、反轉與制動【子任務目標】技能目標：1.能正確操作直流電動機的起動和反轉；2.能基本操作直流電動機的制動、調速。

知識目標：1.掌握直流電動機的起動方法；2.掌握直流電動機的制動方法；3.了解直流電動機的調速方法；4.掌握直流電動機的反轉方法。

任務2.2之

【知識準備】負載的轉矩特性生產(chǎn)機械運行時常用負載轉矩標志其負載的大小。不同的生產(chǎn)機械的轉矩隨轉速變化規(guī)律不同，用負載轉矩特性來表征，即生產(chǎn)機械的轉速n與負載轉矩TL之間的關系。各種生產(chǎn)機械特性大致可歸納為以下3種類型。1．恒轉矩負載特性所謂恒轉矩負載是指生產(chǎn)機械的負載轉矩TL的大小不隨轉速n而改變的負載。按負載轉矩TL的方向是否與轉向有關，恒轉矩負載特性又分為反抗性負載和位能性負載兩種。任務2.2之

【知識準備】負載的轉矩特性1）反抗性恒轉矩負載反抗性恒轉矩負載的特點是負載轉矩TL的大小不變，但方向始終與生產(chǎn)機械運動的方向相反，總是阻礙電動機的運轉。當電動機的旋轉方向改變時，負載轉矩的方向也隨之改變，其特性在第一和第三象限，如圖2.2.1所示。屬于這類特性轉矩如摩擦轉矩等。2）位能性恒轉矩負載這種負載的特點是不論生產(chǎn)機械運動的方向變化與否，負載轉矩的大小和方向始終不變。例如起重設備提升或下放重物時，由于重力所產(chǎn)生的負載轉矩的大小和方向均不改變。其負載轉矩特性在第一和第四象限，如圖2.2.2所示。

任務2.2之

【知識準備】負載的轉矩特性

圖2.2.1反抗性恒轉矩負載特性圖2.2.2位能性恒轉矩負載特性任務2.2之

【知識準備】2．恒功率負載特性恒功率負載的特點是當轉速變化時，負載從電動機吸收的功率為恒定值，即即負載轉矩TL與轉速n成反比。例如，一些機床切削加工，車床粗加工時，切削量大(TL大)，阻力大，轉速低；精加工時，切削量小(TL小)，轉速高。恒功率負載特性曲線如圖2.2.3所示。

圖2.2.3恒功率負載特性曲線圖

任務2.2之

【知識準備】3．泵與風機類負載特性通風機型負載的特點是負載轉矩的大小與轉速n的平方成正比，即，式中K——比例常數(shù)。常見的這類負載如風機、水泵、油泵等。負載特性曲線如圖2.2.4所示。應當指出，以上3類是典型的負載特性，實際生產(chǎn)機械的負載特性常為幾種類型負載的相近或綜合。例如實際的通風機負載除了主要風機負載特性外，其軸上還有一定的摩檫轉矩，故實際通風機的負載特性為其負載特性曲線如圖2.2.5所示。起重機提升重物時，電動機所受到的除位能性負載轉矩外，還要克服系統(tǒng)機械摩擦所造成的反抗性負載轉矩，所以電動機軸的負載轉矩應是上述兩個轉矩之和。

任務2.2之

【知識準備】負載的轉矩特性

2.2.4通風機負載特性曲線2.2.5實際通風機負載特性曲線任務2.2之

【知識準備】（一）直流電動機的機械特性1.并勵電動機的機械特性

并勵電動機的原理接線圖如圖2.2.6所示，圖中RQT為起動調速兩用電阻。由于電壓U和勵磁回路可調電阻RP均為恒值，如忽略電樞反應的影響，可知勵磁電流IE和對應的磁通也為恒值。分析電動機的機械特性，就要分析轉速與轉矩之間的關系。圖2.2.6并勵電動機的原理接線圖圖2.2.7直流他勵電動機的機械特性根據(jù)電動機的電壓平衡方程式：

將代入上式得

則又因為得

所以

任務2.2之

【知識準備】上式稱為機械特性方程。式中叫作電動機理想空載轉速，它相當于無損耗時的空載轉速，即為M=0時的轉速。若用n0表示，用β

表示，則上式可寫成：當電動機輸出轉矩T時，即帶負載的情況下，就存在Δn。所以直流他勵電動機的機械特性為一條向下傾斜的直線，而且β斜率越大，Δn就越大，機械特性越“軟”；反之，特性越平坦，機械特性越“硬”。一般直流他勵電動機，當沒有電樞外接電阻時，機械特性都比較硬.

任務2.2之

【知識準備】機械特性分為固有機械特性和人為機械特性兩種。1.固有機械特性固有機械特性的特性曲線如圖2.2.8中曲線1所示，其特點是:(1)對于任何一臺直流電動機，其固有機械特性只有一條；(2)由于，特性曲線的斜率β較小，Δn較小，特性較平坦，屬于硬特性。2.人為機械特性上式三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變，人為地改變另一個參數(shù)，從而得到不同的機械特性，使機械特性滿足不同的工作要求。這樣獲得的機械特性，稱為人為機械特性。直流他勵電動機的人為機械特性有以下3種。

任務2.2之

【知識準備】Ra=0

任務2.2之

【知識準備】1）電樞串接電阻時的人為機械特性

電樞回路串接電阻RS，總電阻。保持U=UN，Φ=ΦN，此時的人為機械特性方程式：

其機械特性如圖2.2.8所示。與固有機械特性相比，電樞串接電阻時的人為機械特性具有如下一些特點：(1)理想控制轉速與固有特性時相同，且不隨串接電阻RS的變化而變化；(2)隨著串接電阻RS的加大，特性的斜率β加大，轉速降落Δn加大，特性變軟，穩(wěn)定性變差。(3)機械特性由與縱坐標軸于一點(n=n0)，但具有不同斜率的射線族所組成。(4)串入的附加電阻RS越大，電樞電流流過RS所產(chǎn)生的損耗就越大。

任務2.2之

【知識準備】

圖2.2.8電動機的固有機械特性和電樞串接電阻時的人為機械特性2）改變電源電壓時的人為機械特性此時電樞回路附加電阻RS=0，保持Φ=ΦN，改變電源電壓，一般是由額定電壓向下改變。此時的人為機械的性方程式為其機械特性如圖2.2.9所示。與固有機械特性相比，當電源電壓降低時，其機械特性的特點為：(1)特性斜率β不變，轉速降落Δn不變，但理想空載轉速n0降低；(2)機械特性由一組平行線所組成；(3)由于RS=0，因此其特性較串聯(lián)電阻時硬。(4)當Tem＝常數(shù)時，降低電壓，可使電動機轉速n降低。曲線1－U=UN時的人為機械特性，曲線2、3－U<UN且U1>U2時的人為機械特性

任務2.2之

【知識準備】

任務2.2之

【知識準備】圖2.2.9直流他勵電動機改變電源電壓時的人為機械特性3）改變電動機主磁通時的人為機械特性在勵磁回路內串聯(lián)電阻RSf，并改變其大小，即能改變勵磁電流，從而使磁通改變(見圖2.7)。一般電動機在額定磁通下工作，磁路已接近飽和，所以改變電動機主磁通只能是減弱磁通。減弱磁通時，使電樞回路附加電阻RS=0；電源電壓U=UN。此時的人為機械特性方程式為轉速特性：Φ為不同數(shù)值時的人為機械特性曲線如圖2.2.10（a）所示。其特點為：(1)理想空載轉速n0與磁通Φ成反比，即當Φ下降時，n0上升；(2)磁通Φ下降，特性斜率β上升，且β與Φ2成反比，曲線變軟；(3)一般Φ下降，n上升，但由于受機械強度的限制，磁通Φ不能下降太多。

任務2.2之

【知識準備】

在圖2.2.10（b）中，TKN、TK1、TK2分別為ΦN、Φ1、Φ2時的堵轉轉矩，n=0,堵轉轉矩,由于Ik=常數(shù)，ΦN>Φ1>Φ2，故TKN>TK1>TK2即TK將隨Φ之減弱而降低，同時n0增大，特性變軟。

任務2.2之

【知識準備】(a)轉速特性(b)機械特性圖2.2.10減弱磁通時的人為特性

一般情況下，電動機額定負載轉矩TN比TK小得多，故減弱磁通時通常會使電動機轉速升高。但也不是在所有的情況下減弱磁通都可以提高轉速，當負載特別重或磁通Φ特別小時，如再減弱Φ，反而會發(fā)生轉速下降的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可以利用機械特性方程式來解釋。當減弱磁通時，一方面由于等式右邊第一項的因素提高了轉速，另一方面由于等式右面第二項的因素要降低轉速，而且后者與磁通的平方成反比，因此，在負載轉矩大到一定程度時，減弱磁通所能提高的轉速，完全被因負載所引起的轉速降落所抵消。在實際電動機運行中，不允許在過大的負載電流下工作。

任務2.2之

【知識準備】2.串勵電動機的機械特性串勵電動機的原理接線圖如圖2.2.11所示。

圖2.2.11串勵電動機原理接線圖圖2.2.12串勵電動機的機械特性曲線

任務2.2之

【知識準備】放大

串勵電動機特點是勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵磁電流等于電樞電流。磁通是隨電樞電流變化的，磁路未飽和時，磁通基本上與電樞電流成正比，即，因而將上式代入令則任務2.2之

【知識準備】

可見，串勵電動機在磁路不飽和時的機械特性曲線為雙曲線，如圖2.2.12所示。轉速隨負載的增加下降較快，機械特性很軟。因空載過高，串勵電動機不允許空載運行。為保證這一點，他和負載不能用皮帶傳動，以防皮帶斷裂或滑脫造成“飛車”事故。當磁路飽和時，負載增大，電流增大時，磁通變化不大，機械特性均為直線，如圖曲線后面部分。如果在電樞回路串入不同的附加電阻RP，則可以得到圖2.2.12中的曲線2和3。3.各種直流電動機的應用范圍

各種直流電動機的應用范圍，主要取決于電動機本身的特性。他勵直流電動機廣泛用于需要寬調速的拖動系統(tǒng)中，如龍門刨床等。

任務2.2之

【知識準備】

并勵直流電動機基本上是一種恒定轉速的電動機，必要時可以調速，因此一般用于拖動轉速變化較小的負載，如金屬切割機床，球磨機等。專門設計的并勵調速電動機可在較大范圍內平滑調速，用于軋鋼機、造紙機等。串勵電動機起動轉矩和過載能力較大．同時轉速隨負載變化明顯。當負載轉矩增大時，電動機轉速會自動下降，但輸出功率變化不大。適應于城市電車、電力機車、叉車、起重機、電梯等電力牽引設備中。以并勵為主的復勵電動機具有較大的轉矩，但轉速變化不大，主要用于沖床、刨床、印刷機等。以串勵為主的復勵電動機具有與串勵電動機接近的特性，但沒有“飛車”危險，常用于吊車、電梯中。

任務2.2之

【知識準備】（二）直流電動機的起動與反轉1.直接起動電動機的起動是指電動機接通電源后，電動機由靜止狀態(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。電動機在起動瞬間（n=0）的電磁轉矩成為起動轉矩，起動瞬間的電流稱為起動電流，分別用Tst和Ist表示。起動轉矩為如果他勵直流電動機在額定電壓下直接起動。由于起動瞬間轉速n=0，電樞電動勢Ea=0，故起動電流為

任務2.2之

【知識準備】因為電樞電阻很小，所以直接起動電流將達到很大的數(shù)值，可達到額定電流的10～20倍。過大的起動電流會引起電網(wǎng)電壓的下降；使電動機的換向嚴重惡化，甚至燒壞電動機；同時過大的沖擊轉矩會損壞電樞繞組和傳動機構。因此，除了個別容量很小的電動機外，一般直流電動機是不允許直接起動的。對直流電動機的起動，一般有如下要求：（1）要有足夠大的起動轉矩；（2）起動電流要限制在一定的范圍內；（3）起動設備簡單、可靠。為限制起動電流，他勵直流電動機通常采用電樞回路串電阻起動或降低電樞電壓起動。

任務2.2之

【知識準備】2.電樞回路串電阻起動電樞回路串電阻起動可以采用串分立電阻與繼電—接觸系統(tǒng)電路配合來實現(xiàn)電阻的接入與切除；也可以采用市場上的定型產(chǎn)品—起動變阻器。起動變阻器設備簡單，操作方便，適用于中小型直流電動機。通常把起動電流限制在1.5～2.5IN的范圍內來選擇起動電阻的大小。電樞回路串電阻起動的基本原理是：電樞回路中串入全額電阻。接通電源，電動機開始轉動。隨著轉速的升高，反電動勢增大，電樞電流減小，再逐步減少起動電阻阻值，直到電機穩(wěn)定運行，起動電阻全部切除。

任務2.2之

【知識準備】

圖2.2.13為三點起動器與并勵電動機的接線圖。起動時，把手柄從觸點0拉到觸點1上時，電動機開始起動，此時全部電阻串在電樞回路內。把手柄移過一個觸點，即切除一段電阻，其過程和前述閉合接觸器的觸點一樣。當把手柄移至觸點5時，起動電阻就被全部切除了，此時電磁鐵YA把手柄吸住。在正常運行中，如果電源停電或勵磁回路斷開，則電磁鐵YA失去吸力，手柄上的彈簧把手柄拉回到起動位置0點，以起保護作用。

圖2.2.13三點起動器及其接線圖任務2.2之

【知識準備】放大

任務2.2之

【知識準備】圖2.2.14直流他勵電動機分二級起動的電路和特性(a)電路圖(b)特性圖（c）啟動過程

任務2.2之

【知識準備】1．起動過程分析當電動機起動前，應使勵磁回路的調節(jié)電阻RSf=0，使If最大，即Φ最大，電樞電路串入了全部附加電阻，在額定電壓UN下起動，起動電流為，一般要求。如圖2.2.14(a)所示的起動電路中，當電動機已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U，觸點KM1、KM2均斷開，電樞串入了全部附加電阻RS1+RS2，電樞回路總電阻為Ra1=Ra+RS1+RS2。這時起動電流為與起動電流所對應的起動轉矩為T1。對應于該電阻所確定的人為機械特性如圖2.2.14(b)中的曲線1所示。

任務2.2之

【知識準備】

由于起動轉矩T1大于負載轉矩TL，電動機受到加速轉矩的作用，轉速由零逐漸上升，電動機開始起動。在圖2.2.14(b)上，由a點沿曲線1上升，反電動勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動機的轉矩亦隨之下降，加速轉矩減小。上升到b點時，為保證一定的加速轉矩，控制觸點KM1閉合，切除一段起動電阻RS2。b點所對應的電樞電流I2稱為切換電流，其對應的電動機的轉矩T2稱為切換轉矩。切除RS2后，電樞回路總電阻為Ra2。這時電動機對應于該電阻所確定的人為機械特性，見圖2.2.14(b)中曲線2。在切除起動電阻RS2的瞬間，由于慣性電動機的轉速不變，仍為nb，其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應的電動機轉矩也突增。適當?shù)剡x擇所切除的電阻值RS2，使切除RS2后的電樞電流剛好等于I1，所對應的轉矩為T1，即在曲線2上的c點。又有T1>T2，電動機在加速轉矩作用下，由c點沿曲線2上升到d點?？刂泣cKM2閉合，又切除一切起動電阻RS1。同理，由d點過度到e點，而且e點正好在固有機械特性上。電樞電流又由I2突增到I1，相應的電動機轉矩由T2突增到T1。T1>TL，沿固有特性加速到g點,T=TL，n=ng，電動機穩(wěn)定運行，起動過程結束。3.降壓起動當直流電源電壓連續(xù)可調或針對大功率的直流電動機起動時，可以采用降壓方法起動。其基本原理是：起動時，以較低的電源電壓起動電動機，起動電流便隨電壓的降低而正比減小。隨著電動機轉速的上升，反電動勢逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使起動電流和起動轉矩保持一定的數(shù)值，從而保證電動機按所需加速度升速。降壓起動多用于要求經(jīng)常起動的電動機和大、中型直流電動機。雖然需要專門電源，設備投資大，但它起動平穩(wěn)，起動過程中能量損耗小，因而得到了廣泛的應用。

任務2.2之

【知識準備】（a）特性曲線（b）啟動過程4.直流電動機的反轉使用直流電動機的許多設備，常常要求電動機既能正轉，又能反轉，如龍門刨床工作臺的往復運動、電車的前進和后退等。直流電動機的電磁轉矩是由主磁通和電樞電流相互作用而產(chǎn)生的，改變任意二者之一的方向，就可以改變電磁轉矩的方向。使直流電動機反轉的方法有兩種：（1）保持電樞兩端電壓極性不變，把勵磁繞組反接，使通過的勵磁電流方向改變。（2）保持勵磁繞組電流方向不變，把電樞繞組反接，使通過它的電流反向。如果，兩電流方向同時改變，則電動機旋轉方向不變。

任務2.2之

【知識準備】

（三）直流電動機的制動1.能耗制動

圖2.2.15是并勵電動機的能耗制動原理接線圖。一臺并勵電動機切斷電源后，把電樞兩端接到一只適宜的電阻上，把開關S從位置1轉到位置2上，電動機就迅速停車。這種制動方法，電動機停車雖不十分迅速，但減速平穩(wěn)，沒有大的沖擊。

圖2.2.15能耗制動原理接線圖

任務2.2之

【知識準備】放大

任務2.2之

【知識準備】放大(a)正向電動狀態(tài)(b)能耗制動狀態(tài)(c)機械特性圖2.2.16直流他勵電動機能耗制動示意圖系統(tǒng)工作于制動狀態(tài)時，其機械特性方程式：

或

任務2.2之

【知識準備】放大式中T為負值。U=0，所以n0=0。因此，能耗制動的機械特性為通過坐標原點的直線，其斜率β決定于電阻RS的值，改變RS就可以改變制動強度，如圖2.2.16(c)所示。

電動機原來為正向電動，工作在第一象限的A點。若突然將電樞電源斷掉，轉而投到制動電阻上，進行能耗制動時，轉速n來不及變化，其工作點水平移到能耗制動時的機械特性上的B點。在制動狀態(tài)的作用下，沿其特性減速到零為止，這是在阻力負載的情況下。如果是位能負載，到n=0、T=0時，并不能停車，而是有重物拖著電動機反方向加速，轉速為負，轉矩為正，沿BO的延長線變化，而進入第四象限，直到負載特性與電動機機械特性交于C點時，Tem=TL為止。這時系統(tǒng)以nc穩(wěn)速下放。2.反接制動反接制動就是電源電壓反接到電樞繞組或勵磁繞組上，讓正在轉動的電動機反轉，以加速電樞停轉過程。反接制動分為電壓反接制動和負載倒拉反轉反接制動兩種。（1）電壓反接制動電壓反接制動原理接線圖如圖2.2.17所示。反接制動時必須在電樞回路中串接制動電阻RB。RB應使反接制動時電樞電流不超過電動機的最大允許電流Imax=（2～2.5）IN，因此應串入的制動電阻值為

任務2.2之

【知識準備】圖2.2.17電壓反接制動原理接線圖

放大任務2.2之

【知識準備】(a)正向電動狀態(tài)(b)電壓反接的反接制動狀態(tài)(c)機械特性圖2.2.18直流他勵電動機電壓反接的反接制動示意圖

式中由于U為負，所以n0，為負，Tem亦為負。由于電樞串入電阻RS，所以特性斜率β很大，如圖2.2.18(c)所示，圖中BC即為電樞反接的反接制動機械特性。任務2.2之

【知識準備】從機械特性上來看，進入電壓反接之前，系統(tǒng)穩(wěn)定運行在正向電動狀態(tài)，如圖2.20(c)上的A點，此時Tem=TL，n=nA，在電樞反接瞬間，由于系統(tǒng)的機械慣性，轉速n的大小及方向都不能立刻改變，電樞電勢Ea亦不能改變，電動機由A點水平過渡到反接后的機械特性上的B點。由于這時電樞反接，所以U為負，電樞電流:

在此反向電流的作用下，系統(tǒng)減速，由圖2.2.18(c)中反接制動特性上的B點向C點變化。到C點如不切除電樞電源，系統(tǒng)會自行反轉而進入反向電動狀態(tài)，直到最終穩(wěn)定在第四象限的E點。電樞反接后的機械特性方程式為或式中由于U為負，所以n0，為負，Tem亦為負。由于電樞串入電阻RS，所以特性斜率β很大，如圖2.2.18(c)所示，圖中BC即為電樞反接的反接制動機械特性。（2）負載倒拉反轉反接制動倒拉反轉反接制動只適用于恒轉矩負載，其接線圖如圖2.2.19所示。由于串入電阻較大，使轉速反向，但因勵磁不變，電樞電流方向不變，故電磁轉矩的方向也不變，電動機處于制動狀態(tài)。任務2.2之

【知識準備】圖2.2.19負載倒拉反轉反接制動接線圖圖2.2.20回饋制動原理接線圖放大放大

反接制動需要注意的是：（1）電樞繞組反接時，一定要給電樞串聯(lián)外加電阻，以降低電樞內的電流。因為在切斷電樞電源的短時間內，電樞中的感應電動勢很大，方向與反接后的電壓相同。幾乎等于2倍的端電壓。若不外接電阻，將有很大的電流通過電樞，換向器和電刷間產(chǎn)生強烈火花，以致造成損壞。（2）當電動機轉速降低近于零時，要迅速切斷電源，以免電動機反轉。反接制動法，適用于要求強烈制動或要求迅速反轉的場合。缺點是制動時機械沖擊較大，消耗能量較多。任務2.2之

【知識準備】3.回饋制動并勵電動機在運行時，由于某種客觀原因，使實際轉速n超過其空載轉速n0，電樞中的反電動勢Ea，大于電源電壓U，這時候，電動機變成了發(fā)電機，電樞中電流方向發(fā)生改變，由原來的與電壓相同變?yōu)榕c電壓相反，電流流向電網(wǎng)，向電網(wǎng)回饋電能，電磁轉矩變?yōu)橹苿愚D矩，因此叫作回饋制動或反饋制動。當位性能負載使電動機加速時，可使轉速大于n0；當直流電動機以調壓調速方式運行時，且負載為恒轉矩時，若突然降低電樞電壓感應電動勢來不及變化，使Ea＞U，這兩種情況下，均會出現(xiàn)回饋制動狀態(tài)，如圖2.2.20所示。

任務2.2之

【知識準備】（四）直流電動機的調速電動機在機械負載不變的情況下，改變電動機的轉速叫調速。由電動機的機械特性方程可知，當轉矩M不變，只要改變電源電壓U、電樞電阻Ra、主磁通Ф

三個因素中的任意一個，電動機的轉速就可以得到調節(jié)。任務2.2之

【知識準備】任務2.2之

【知識準備】1.電樞回路串電阻調速對已經(jīng)出廠的電動機，它的電樞電阻是一定的，但是可以在電樞回路中串聯(lián)一個可變電阻來調速，其接線原理圖與圖2.2.5串聯(lián)電阻器起動原理圖相同。調速變阻器可以作為起動變阻器用，相反，起動變阻器卻不能作為調速變阻器用。原因是起動變阻器按短時間接通工作設計的，不能夠長時間通電使用。這種調速方法的特點是：（1）電動機只能得到比自然機械特性更陡的機械特性，轉速只能調低，且為恒轉矩調速。（2）低速時，調速電阻上通過較大的電流，使電動機效率降低。（3）如果負載稍有變動，電動機的轉速就會有較大的變化，對于要求恒轉速的負載不利。2.降低電源電壓調速從電動機的機械特性可知，降低電樞的端電壓，也可相應地提高或降低直流電動機的轉速。采用這種方式調速時，應注意保持勵磁電流不變，只改變電樞電壓。因此需要可變電壓的直流電源。近幾年來，晶閘管整流設備作為可調電壓的電流電源已經(jīng)普通使用，采用這種方法調速比較方便。這種調速方法的特點是：（1）可以平滑凋速，且調速范圍寬，但構成系統(tǒng)的設備較復雜。（2）機械特性較硬，轉速穩(wěn)定。（3）轉速只能調低，不能調高，也是恒轉矩調速。

任務2.2之

【知識準備】3.改變勵磁磁通調速

變磁通調速一般是增大勵磁回路電阻，使磁通減小，轉速上升，其原理接線圖如圖2.2.10所示。在勵磁回路中串聯(lián)一只調速電阻RP1，當電樞回路附加電阻RP2=0時，調節(jié)勵磁回路電阻RP1調節(jié)轉速，從而改變電機轉速。

這種調速方法的特點是：

（1）可得到無級平滑調速。（2）勵磁電流小能量消耗少，調速范圍大，高速等于3～4倍低速。（3）調速后的機械特性較硬，轉速較穩(wěn)定，屬恒功率調運。任務2.2之

【知識準備】

缺點是：只能使轉速升高．不能獲得低于自然機械特性以下的轉速。如果改變電樞電壓和改變勵磁回路電阻調違法配合使用，可以得到很廣的調速范圍。在調速性能要求較高的機械設備上多采用這種方法。

圖2.2.10變磁通調速原理接線圖任務2.2之

【知識準備】放大引導問題為：（1）什么叫直流電動機的機械特性？寫出直流電動機的機械特性表達式。（2）直流電動機常用什么方法啟動？啟動時有什么特征？（3）直流電動機的制動方法有幾種，各有什么特點？（4）直流電動機的調速方法有幾種，各有什么特點？（5）如何使直流電動機的改變轉動方向？3）教師通過圖片、實物或多媒體分析演示讓學生了解直流電動機啟動、反轉、制動與調速原理和方法，或指導學生自學。

4）實際對給定的直流電動機進行起動/反轉訓練。任務2.2之

【任務實施】3.實施內容與步驟：

（1）他勵直流電動機的起動準備

按圖2.2.11接線。圖中直流他勵電動機M,其額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=1.2A,額