【正文】 由式aaa REUI ?? 可看出，當電機作電動 機狀態(tài)運行時，則電源電壓 U 大于反電動勢 Ea，即 U Ea，故 Ia與 U 同方向。電氣制動按其產(chǎn)生電磁制動轉(zhuǎn)矩的方法不同又可分為再生制動、電阻制動和反接制動等幾種。所謂制動就是加上一個與電動機轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，用來使電動機迅速停轉(zhuǎn)或限制電動機的轉(zhuǎn)速。必須注意：如果同時改變主磁場的方向和電樞繞組中的電流方向，則電動機轉(zhuǎn)向不變。因此改變直流電動機轉(zhuǎn)向的方法有兩種：一種是改變主磁場的方向，即將勵磁繞組與直流電源的接線對調(diào)，稱勵磁繞組反接法；另一種是改變電樞繞組中的電流方向，稱電樞反接法。 直流電動機的反轉(zhuǎn) 直流電動機的旋轉(zhuǎn)方向取 決于磁場方向和電樞繞組中的電流方向。 （ 3） 在調(diào)速電阻上有較大的能量損耗，即經(jīng)濟性能較差。 （ 2） 電動機轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且為有級調(diào)速。 該調(diào)速方法的特點是： （ 1） 所需設備較簡單、成本較低，因此在小功率直流電動機中用得較多。 （ 3） 所需設備較簡單。這種調(diào)速方法的特點是： （ 1） 由于調(diào)速在勵磁回路中進行，功率小，故能量損耗小，控制方便。 2. 減小主磁通 Φ 當直流電動機的電源電壓不變時，如使主磁通 Φ 減小，則電動機的轉(zhuǎn)速就相應地升高，故通稱為削弱磁場調(diào)速。它由三相異步電動機去拖動直流他勵發(fā)電機，由發(fā)電機發(fā)出可調(diào)的直流電壓，供電給直流電動機。 （ 4） 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，這種調(diào)速方法已被越來越廣泛地采用。對于并勵電動機而言， 可調(diào)直流電源只能加在電樞回路中，勵磁回路 （ 1） 調(diào)速范圍寬廣，可以從低速一直調(diào)到額定轉(zhuǎn)速，速度變化平滑，通常稱為無級調(diào)速。 413 414 415 直流電動機的調(diào)速 直流電 動機的調(diào)速是指用人為的辦法來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。而降低電源電壓起動則所需設備較復雜，價格較貴，但在起動過程中基本上不損耗能量。圖 415 為用于 10kW 以下的直流電動機起動用的起動變阻器外形圖，起動時起動手輪置于圖中所示的位置，開始起動時，全部起動電阻 Rst 均串入電樞回路，起動電流被限制在允許的范圍內(nèi)，隨著電動機轉(zhuǎn)速的升高，將手輪逐步向右旋轉(zhuǎn)，起動電阻被逐漸切除（電阻值 逐步減?。?，電動機轉(zhuǎn)速不斷升高，直到手輪右旋到底，被失壓線圈的磁力吸住，此時 Rst＝ 0，電動機起動完畢。通?？砂窗哑饎与娏飨拗圃冢?～ ） IN的范圍內(nèi)來選擇起動電阻的大小。 例 41 有一臺并勵直流電動機，電樞繞組電阻 Ra＝ 0. 4Ω，額定電壓 U＝110V，設磁通恒定不變，當 n＝ nN時， Ea＝ 100V，求：（ 1）額定電流 IN；（ 2）直接起動時的起動電流 Ist；（ 3）要使電動機起動瞬時的電流 I1限制在 2 倍額定電流之內(nèi)，求起動時的電壓 U1。 在直流電動機起動瞬間，為其供給較低的直流電壓，以后，隨著電動機轉(zhuǎn)速的升高，逐步增加直流電壓的數(shù)值，直到電動機起動完畢正常運行時，加在電動機上的電壓即是電動機的額定電壓。 2． 降低電源電壓起動（降壓起動） 可以采用晶閘管構(gòu)成的可控整流電路作為直流電動機的可調(diào)電壓電源。 直接起動優(yōu)點是所需設備簡單，操作方便。 由于上述原因，除小容量的電動機以外，一般不允許全電壓直接起動。由于電樞繞組的電阻 Ra一般很小，故起動電流很大，中、小型直流電動機約為額定電流的 10 倍左右，較大容量的電動機甚至可高達 20倍。 1． 全壓起動 全壓起動又稱直接起動，即直流電動機在起動時，給電動機加額定電壓 U直接起動電動機，如圖 412 所示，起動時先合上開關(guān) S1，建立主磁場，同時在電樞繞組上加額定電壓，使電動 機起動。 直流電動機的起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動 直流電動機的起動 直流電動機由靜止狀態(tài)達到正常運轉(zhuǎn)的過程稱為起動過程，直流電動機在起動過程中不但轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，而且轉(zhuǎn)矩、電流等也在變化。對串勵電動機而言，當電樞電流 Ia很小時， Φ 也很小，此時電磁轉(zhuǎn)矩 T也很小，而對應的轉(zhuǎn)速 n 由式（ 48）可知應為很大。該曲線的特征是 從空載到滿載，電動機轉(zhuǎn)速變化很大，這種特性稱為軟特性。當電動機空載時，空載電流 Ia 很小，電動機轉(zhuǎn)速將相當高，可能造成機損事故，因此串勵電動機不允許空載運行。 2． 轉(zhuǎn)速特性 n＝ f（ Ia） 當電源電壓 U不變時，電動機轉(zhuǎn)速 n與電樞電流 Ia之間的關(guān)系即為轉(zhuǎn)速特性。當電樞電流 Ia比較小時，磁通 φ 正比于電樞電流 Ia，故有 2T aa KIΦICT ?? （ 49） 即電磁轉(zhuǎn)矩正比于電樞電流的平方；當電樞電流較大，電動機磁路飽和時，Φ 為常數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。對并勵電動機而言，電磁轉(zhuǎn)矩 T 正比于 Ia，故只要將圖 410 中 n＝ f（ Ia）曲線的橫坐標由 Ia改為 T，該曲線即代表機械特性曲線 n＝ f（ T）。這種特性稱硬特性。 2． 轉(zhuǎn)速特性 n＝ f（ Ia） 當電源電壓 U不變，勵磁電流 If也不變時，轉(zhuǎn)速 n 與電樞電流 Ia之間的相互關(guān)系即為轉(zhuǎn)速特性。 并勵電動機（他勵電動機）工作特性 1． 轉(zhuǎn)矩特性 T＝ f（ Ia） 當電源電壓 U不變，勵磁電流 If也不變 時，電磁轉(zhuǎn)矩 T 與電樞電流 Ia之間的相互關(guān)系即為轉(zhuǎn)矩特性。當直流電動機工作時，輸出的是電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，因此電動機的轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系是很重要的特性，這種特性稱為機械特性。所謂轉(zhuǎn)速特性是指當加在直流電動 機兩端的電壓不變時，電樞電流與轉(zhuǎn)速之間的相互關(guān)系。則 則 P1 ＝ P2 ＋Δ P0 ＋Δ PCu ＝ P2 ＋Δ P （ 46） 式中 ， P2為電動機輸出功率；Δ P 為電動機功率損耗。 對并勵或串勵電動機而言，銅損耗除電樞繞組電阻 Ra 上的損耗外，還應包括電流在勵磁繞組電阻上產(chǎn)生的損耗。發(fā)電機輸出的負載電流越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大，于是原動機拖動發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)矩也必須增大，以克服電磁轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機繼續(xù)穩(wěn)定運行。其原因可用圖 49加以說明，當原動機拖動發(fā)電機以轉(zhuǎn)速 n順時針旋轉(zhuǎn)時，導體 ab及 cd切割磁場產(chǎn)生感應電動勢和電流（在小圓圈中用及 對電動機來說電磁轉(zhuǎn)矩是拖動轉(zhuǎn)矩，是由電源供給電動機的電能轉(zhuǎn)換而來的，用來拖動負載運動。 aΦICT T? （ 44） 式中 ， Φ 為每極磁通（ Wb）； Ia為電樞總電流（ A）； CT為電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)； T 為電磁轉(zhuǎn)矩（ N由圖 47（ b）所示并勵（或他勵）電動機的電路圖可得 aaa IREU ?? （ 43） 式中， U 為電樞電動勢（ V）； Ea為電樞電動勢（ V）； Ra 為電樞繞組電阻（Ω）；Ia為電樞支路電流（ A）。電動機轉(zhuǎn)動后，導體 ab、 cd 又切割磁場而產(chǎn)生感應電動勢，方向（用右手定則）如圖 48小圓圈外的符號所示。 直流電機作為電動機運行時，電源供給直流電流，導體 ab、 cd 中的電流方向如圖 48 小圓圈內(nèi)的符號所示。 當直流電機作發(fā)電機運行時，產(chǎn)生感應電動勢向外電路供電，此時電流方向與感應電動勢方向一致。 47 直流電機的電動勢、轉(zhuǎn)矩和功率 直流電機的電動勢 直流電機電樞在旋轉(zhuǎn)時，電樞上的每個繞組元件都要切割主磁場，從而產(chǎn)生感應電動勢。 若復勵電動機的兩組勵磁繞組產(chǎn)生的磁通方向一致時，則稱為積復勵電動機，若產(chǎn)生的磁通方向相反時，則稱為差復勵電動機。 （ 4）串勵電動機 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此流過兩個繞組中的電流相等，如圖 47（ c）。它在軍事上的應用占絕對優(yōu)勢，幾乎取代了絕大部分電磁電動機；其他方面的應用如汽車用永磁電動機、電動自行車用永磁電動機、直流變頻空調(diào)用永磁電動機等。用永磁材料制作的直流電動機又分有刷（有電刷）和無刷兩類。分別簡介如下： （ 1）永磁電動機 開始永磁電動機僅在功率很小的電動機上采用， 20世紀80 年代起由于釹鐵硼永磁材料的發(fā)現(xiàn)，使目前永磁電動機的功率已從毫瓦級發(fā)展到 100kW 以上。直流電動機主磁場的獲得通常有兩類。 4．額定轉(zhuǎn)速 nN 指電壓、電流和輸出功率為額定值時的轉(zhuǎn)速（ r/min）。 3．額定電流 IN 對應額定電壓、額定功率時的電流值。 2．額定電壓 UN 指在正常工作時電機出線端的電壓值。其主要參數(shù)有： 1．額定功率 PN 表示電機按規(guī)定方式額定工作時所能輸出的功率。 換向器是由換向銅片和云母片一片隔一片排成圓形組合裝配而成，是直流電動機的關(guān)鍵部件，也是最薄弱的部分。電樞繞組通常都用圓形（用于小容量電動機）或矩形（用于大、中容量電動機）截面的導線繞制而成，再按一定的規(guī)律嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)，如圖 46(b)所示，繞組端頭則按一定規(guī)則嵌放在換向器銅片的升高片槽內(nèi)，并焊牢，成為一個完整的電樞，如圖 45所示。如圖 46(a)所示。 1．電樞鐵心 作為磁通通路的一部分，并在鐵心槽內(nèi)嵌放電樞繞組。 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子通稱為電樞，是電動機的旋轉(zhuǎn)部分。 電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座等部分組成，如圖 45所示。前后端蓋利用螺釘固定在機座兩側(cè)。換向極繞組套在換向極鐵外面，再用螺釘固定在極座上，換向極與主磁極一個隔一個間隔排列均布在機座內(nèi)部。換向是一個相當復雜的過程，在換向時，將在電刷與換向器的接觸面上產(chǎn)生火花，不利于電動機的運行，因此在功率稍大的直流電動機上都裝有換向極來減小火花， 改善電動機的換向。繞組在專用設備上繞好后，經(jīng)絕緣處理，安裝于主磁極鐵心上。 （ 2） 主磁極繞組 用來通入直流電流，產(chǎn)生勵磁磁動勢。 （ 1） 主磁極鐵心 作為電動機磁路的一部分。永磁電動機的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。機座一般為鑄鋼件，小功率的直流電動機機座也可用無縫鋼管加工而成。包括有機座、前端蓋、后端蓋、主磁極、換向磁極和電刷裝置等部分，如圖 45 所示。就直流電動機而言，它也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。反之，當輸入直流電能，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電機旋轉(zhuǎn)時，則是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能輸出，此時即作直流電動機運行。 由以上分析可見，直流電機的運行是可逆的，即一臺直流電機既可作直流發(fā)電機運行，又可作直流電動機運行。 直流電動機典型的電樞結(jié)構(gòu)可參看圖 45所示，它有許多 個線圈及換向片組成。 由上分析可見，當線圈在水平位置時，轉(zhuǎn)動力最大；在垂直位置時，轉(zhuǎn)動力最小。對照 41（ a）及 41（ c）可以看出，位于相同磁極下的導體雖然發(fā)生了變化，但由于電刷及銅環(huán)（通稱換向器）的作用使磁極下導體中的電流方向保持不變，即作用力的方向不變，因此線圈將繼續(xù)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，故電動機能連續(xù)