【正文】 a U。 由式aaa REUI ?? 可看出，當(dāng)電機(jī)作電動(dòng)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，則電源電壓 U 大于反電動(dòng)勢(shì) Ea，即 U Ea，故 Ia與 U同方向。電氣制動(dòng)按其產(chǎn)生電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法不同又可分為再生制動(dòng)、電阻制動(dòng)和反接制動(dòng)等幾種。所謂制動(dòng)就是加上一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩，用來使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)或限制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。必須注意：如果同時(shí)改變主磁場(chǎng)的方向和電樞繞組中的電流方向，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變。因此改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法有兩種：一種是改變主磁場(chǎng)的方向，即將勵(lì)磁繞組與直流電源的接線對(duì)調(diào)，稱勵(lì)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(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于磁場(chǎng)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(jì)性能較差。 （ 2） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而且為有級(jí)調(diào)速。 該調(diào)速方法的特點(diǎn)是： （ 1） 所需設(shè)備較簡(jiǎn)單、成本較低，因此在小功率直流電動(dòng)機(jī)中用得較多。 （ 3） 所需設(shè)備較簡(jiǎn)單。這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是： （ 1） 由于調(diào)速在勵(lì)磁回路中進(jìn)行，功率小，故能量損耗小，控制方便。 2. 減小主磁通 Φ 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的電源電壓不變時(shí)，如使主磁通 Φ 減小，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就相應(yīng)地升高， 故通稱為削弱磁場(chǎng)調(diào)速。它由三相異步電動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)，由發(fā)電機(jī)發(fā)出可調(diào)的直流電壓，供電給直流電動(dòng)機(jī)。 （ 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(duì)于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，可調(diào)直流電源只能加在電樞回路中，勵(lì)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(jí)調(diào)速。 413 414 415 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是指用人為的辦法來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。而降低電源電壓起動(dòng)則所需設(shè)備較復(fù)雜，價(jià)格較貴，但在起動(dòng)過程中基本上不損耗能量。圖 415為用于 10kW以下的湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)用的起動(dòng)變阻器外形圖，起動(dòng)時(shí)起動(dòng)手輪置于圖中所示的位置，開始起動(dòng)時(shí)，全 部起動(dòng)電阻 Rst均串入電樞回路，起動(dòng)電流被限制在允許的范圍內(nèi)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，將手輪逐步向右旋轉(zhuǎn)，起動(dòng)電阻被逐漸切除（電阻值逐步減?。?，電動(dòng)機(jī)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(shí) Rst＝ 0，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢。通?？砂窗哑饎?dòng)電流限制在（ ～ ） IN的范圍內(nèi)來選擇起動(dòng)電阻的大小。 例 41 有一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，電樞繞組電阻 Ra＝ 0. 4Ω，額定電壓 U＝110V，設(shè)磁通恒定不變，當(dāng) n＝ nN時(shí)， Ea＝ 100V，求：（ 1）額定電流 IN；（ 2）直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流 Ist；（ 3）要使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬時(shí)的電流 I1限制在 2 倍額定電流之內(nèi)，求起動(dòng)時(shí)的電壓 U1。 在直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，為其供給較低的直流電壓，以后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，逐步增加直流電壓的數(shù)值，直到電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢正常運(yùn)行時(shí)，加在電動(dòng)機(jī)上的電壓即是電動(dòng)機(jī)的額定電壓。 2． 降低電源電壓起動(dòng)（降壓起動(dòng)） 可以采用晶閘管構(gòu)成的可控整流電路作為直流電動(dòng)機(jī)的可調(diào)電壓電源。 直接起動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。 由于上述原因，除小容量的電動(dòng)機(jī)以外，一般不允許全電壓直接起動(dòng)。由于電樞繞組的電阻 Ra一般很小，故起動(dòng)電流很大，中、小型直流電動(dòng)機(jī)約為額定電流的 10 倍左右，較大容量的電動(dòng)機(jī)甚至可高達(dá) 20倍。 1． 全壓起動(dòng) 全壓起動(dòng)又稱直接起動(dòng)，即直 流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，給電動(dòng)機(jī)加額定電壓 U直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，如圖 412所示，起動(dòng)時(shí)先合上開關(guān) S1，建立主磁場(chǎng)，同時(shí)在電樞繞組上加額定電壓，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程稱為起動(dòng)過程，直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)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(duì)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，當(dāng)電樞電流 Ia很小時(shí)， Φ 也很小，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩 T也很小，而對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速 n由式（ 48）可知應(yīng)為很大。該曲線的特征是從空載到滿載，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化很大，這種特性稱為軟特性。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，空載電流 Ia 很小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將相當(dāng)高，可能造成機(jī)損事故，因此串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行。 2． 轉(zhuǎn)速特性 n＝ f（ Ia） 當(dāng)電源電壓 U不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n與電樞電流 Ia之間的關(guān)系即為轉(zhuǎn)速特性。當(dāng)電樞電流 Ia比較小時(shí)，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(dāng)電樞電流較大，電動(dòng)機(jī)磁路飽和時(shí)，Φ 為常數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。對(duì)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)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(biāo)由 Ia改為 T，該曲線 即代表機(jī)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(dāng)電源電壓 U不變，勵(lì)磁電流 If也不變時(shí)，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(lì)電動(dòng)機(jī)（他勵(lì)電動(dòng)機(jī)）工作特性 1． 轉(zhuǎn)矩特性 T＝ f（ Ia） 當(dāng)電源電壓 U不變，勵(lì)磁電流 If也不變時(shí)，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(dāng)直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，輸出的是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，因此電動(dòng)機(jī)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(jī)械特性。所謂轉(zhuǎn)速特性是指當(dāng)加在直流電動(dòng)機(jī)兩端的電壓不變時(shí)，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(dòng)機(jī)輸出功率；Δ P為電動(dòng)機(jī)功率損耗。 對(duì)并勵(lì)或串勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，銅損耗除電樞繞組電阻 Ra上的損 耗外，還應(yīng)包括電流在勵(lì)磁繞組電阻上產(chǎn)生的損耗。發(fā)電機(jī)輸出的負(fù)載電流越大，電磁轉(zhuǎn)矩也越大，于是原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩也必須增大，以克服電磁轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機(jī)繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。其原因可用圖 49加以說明 ，當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速 n順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)體 ab及 cd切割磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流（在小圓圈中用及 對(duì)電動(dòng)機(jī)來說電磁轉(zhuǎn)矩是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是由電源供給電動(dòng)機(jī)的電能轉(zhuǎn)換而來的，用來拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。 aΦICT T? （ 44） 式中 ， Φ 為每極磁通（ Wb）； Ia為電樞總電流（ A）； CT為電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)； T 為電磁轉(zhuǎn)矩（ N由圖 47（ b）所示并勵(lì) （或他勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 電路圖可得 aaa IREU ?? （ 43） 式中， U 為電樞電動(dòng)勢(shì)（ V）； Ea為電樞電動(dòng)勢(shì)（ V）； Ra 為電樞繞組電阻（Ω）；Ia為電樞支路電流（ A）。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，導(dǎo)體 ab、 cd 又切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，方向（用右手定則）如圖 48小圓圈外的符號(hào)所示。 直流電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電源供給直流電流，導(dǎo)體 ab、 cd 中的電流方向如圖 48 小圓圈內(nèi)的符號(hào)所示。 當(dāng)直流電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)向外電路供電，此時(shí)電流方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一致。 47 直流電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)矩和功率 直流電機(jī)的電動(dòng)勢(shì) 直流電機(jī)電樞在旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞上的每個(gè)繞組元件都要切割主磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 若復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的兩組勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通方向一致時(shí)，則稱為積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，若產(chǎn)生的磁通方向相反時(shí)，則稱為差復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 （ 4）串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此流過兩個(gè)繞組中的電流相等，如圖 47（ c）。它在軍事上的應(yīng)用占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，幾乎取代了絕大部分電磁電動(dòng)機(jī)；其他方面的應(yīng)用如汽車用永磁電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)自行車用永磁電動(dòng) 機(jī)、直流變頻空調(diào)用永磁電動(dòng)機(jī)等。用永磁材料制作的直流電動(dòng)機(jī)又分有刷（有電刷）和無刷兩類。分別簡(jiǎn)介如下： （ 1）永磁電動(dòng)機(jī) 開始永磁 電動(dòng)機(jī)僅在功率很小的電動(dòng)機(jī)上采用， 20 世紀(jì)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(dòng)機(jī)的功率已從毫瓦級(jí)發(fā)展到 100kW以上。直流電動(dòng)機(jī)主磁場(chǎng)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(shí)的轉(zhuǎn)速（ r/min）。 3．額定電流 IN 對(duì)應(yīng)額定電壓、額定功率時(shí)的電流值。 2．額定電壓 UN 指在正常工作時(shí)電機(jī)出線端的電壓值。其主要參數(shù)有： 1．額定功率 PN 表示電機(jī)按規(guī)定方式額定工作時(shí)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)）或矩形（用于大、中容量電動(dòng)機(jī)）截面的導(dǎo)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(gè)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(dòng)機(jī)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(jī)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(gè)隔一個(gè)間隔排列均布在機(jī)座內(nèi)部。換向是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，在換向時(shí)，將在電刷與換向器的接觸面上產(chǎn)生火花，不利于電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，因此在功率稍大的直流電動(dòng)機(jī)上都裝有換向極來減小火花，改善電動(dòng)機(jī)的換向。繞組在專用設(shè)備上繞好后，湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 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(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。 （ 1） 主磁極鐵 心 作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。永磁電動(dòng)機(jī)的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。機(jī)座一般為鑄鋼件，小功率的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)座也可用無縫鋼管加工而成。包括有機(jī)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(dòng)機(jī)而言，它也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。反之，當(dāng)輸入直流電能，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，則是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能輸出，此時(shí)即作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 由以上分析可見，直流電機(jī)的運(yùn)行是可逆的，即一臺(tái)直流電機(jī)既可作直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 直流電動(dòng)機(jī)典型的電樞結(jié)構(gòu)可參看圖 45所示，它有許多個(gè)線圈及換向片組成。 由上分析可見，當(dāng)線圈在水平位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力最大；在垂直位置時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力最小。對(duì)照 41（ a）及 41（ c）可以看出，位于相同磁極下的導(dǎo)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(dǎo)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(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，故電動(dòng)機(jī)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在這個(gè)中性線位置上，線圈中沒有電流流過，也沒有力的作用，但是前 1/4轉(zhuǎn)動(dòng)周期的慣性使線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，越過中性線位置。導(dǎo)體中的電流方向如圖中的箭頭 所示，根據(jù)左手定則，可