【正文】 材料主要有 鋁鎳鈷、鐵氧體及稀土（如釹鐵硼）等三類。永磁電動(dòng)機(jī)由于其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕；損耗低、效率高、節(jié)約能源；溫升低、可靠性高、使用壽命長；適應(yīng)性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)而使用越來越廣泛。 （ 2）他勵(lì)電動(dòng)機(jī) 它的特點(diǎn)是勵(lì)磁繞組（主磁極繞組）由單獨(dú)的直流電源供電，如圖 47(a) （ 3）并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞 組與電樞繞組并聯(lián)，因此加在這兩個(gè)繞組上的電壓相等，而流過電樞繞組的電流 Ｉ a 和流過勵(lì)磁繞組的電流Ｉ f則不同，總電流 Ｉ =Ｉ a+Ｉ f，如圖 47（ b）所示。 （ 5）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組有兩組，一組與電樞繞組串聯(lián)，另一組與電樞繞組并聯(lián)，如圖 47 (d)。 關(guān)于絕緣等級、定額的含義可參看三相異步電動(dòng)機(jī)銘 牌中的說明。 通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得電樞回路的感應(yīng)電動(dòng)勢為 nCE ea ?? (41) 式中， Ce為直流電機(jī)電動(dòng)勢常數(shù)，對于已制成的電機(jī)有確定值； φ 為氣隙中每極磁通（ wb）； τ 為極距； n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）。其電壓平衡方程為 aaa IRUE ?? (42) 式中， Ea 為 發(fā)電機(jī)感應(yīng)電勢（ V）； U 為 發(fā)電機(jī)端電壓（ V）； Ia 為 電樞電流（ A）； Ra 為 電樞繞組電阻（Ω）。載流導(dǎo)體在磁場內(nèi)受力的作用而形成電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。可見感應(yīng)電動(dòng)勢的方向與外加電源電壓（電流）的方向正好相反，因此稱為反電動(dòng)勢，起到與外加電源電壓平衡的作用。 直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 不論是直流發(fā)電機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)在負(fù)載狀態(tài)下工作時(shí)，電樞繞組中都有電流通過，因此在磁場中都將受到電磁力的作用，電磁力在電樞上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩。 m）。對發(fā)電機(jī)來講電磁轉(zhuǎn)矩則為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，原動(dòng)機(jī)必須克服電磁轉(zhuǎn)矩才能使電樞旋轉(zhuǎn)而發(fā)出電能。表示電流方向），同時(shí)載流導(dǎo)體在磁場中又將受到力的作用 而形成電磁轉(zhuǎn)矩，方向（用左手定則判定）與發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，故電磁轉(zhuǎn)矩是一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，與原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡。 48 49 直流電動(dòng)機(jī)的功率 對他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)而言，將式（ 43）兩邊各乘 Ia，并移項(xiàng)可得： 2aaaaa IRIEUI ?? 即 CuPPP ???1 (45) 式中 , P1為電動(dòng)機(jī)輸入電功率； P為電動(dòng)機(jī)的電磁功率；Δ PCu為電動(dòng)機(jī)的銅損耗。 電磁功率在轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的輸出功率 P2 的過程中，有一小部分消耗于克服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗和鐵損耗（ 總稱空載損耗），用Δ P0表示。 直流電動(dòng)機(jī)效率 η 為 %1 00%1 0002212 ???????? PPP PPPCu? （ 47） 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性主要是指轉(zhuǎn)速特性和轉(zhuǎn)矩特性。而轉(zhuǎn)矩特性則是指當(dāng)加在直流電動(dòng)機(jī)兩端電壓不變時(shí)，電樞電流與電磁轉(zhuǎn)矩之間的相互關(guān)系。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式不同時(shí)，主磁通 φ 隨負(fù)載電流 Ia 的變化而變動(dòng)的情況不同，導(dǎo)致不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)特性有很大差別，下面分別加以討論。由公式 T＝ CMφ Ia 可知，由于磁通 φ 基本不變，因此 T與 Ia近似為正比關(guān)系，如圖 410 曲線 T＝ f（ Ia）所示。由式（ 41）及（ 43）可得 ?e aaC IRUn ?? （ 48） 由 于電樞繞組電阻 Ra一般很小，因此壓降 RaIa很小，即并勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨電樞電流的增加稍有下降，如圖 410 曲線 n＝ f（ Ia）所示。 3． 機(jī)械特性 n＝ f（ T） 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n和電磁轉(zhuǎn)矩（可近似看作輸出轉(zhuǎn)矩） T之間的關(guān)系即為機(jī)械特性。 410 411 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性 1． 轉(zhuǎn)矩特性 T＝ f（ Ia） 當(dāng)電源電壓 U不變 時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 T 與電樞電流 Ia之間的關(guān)系即為轉(zhuǎn)距特性。其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖 411 曲線 T＝ f（ Ia）所示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，則對應(yīng)的電樞電流 Ia比較小， Φ 也比較小，由公式（ 48）可見，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與電樞電流 Ia成反比，曲線為雙曲線。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重時(shí)，即 Ia 較大時(shí)，由于磁路飽和， φ 基本不變，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性就與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)相似，即略向下傾斜，如圖 411 曲線n＝ f（ Ia）所示。 3． 機(jī)械特性 n＝ f（ T） 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系即為機(jī)械特性。當(dāng)電樞電流 Ia較大時(shí)， φ 也較大，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩 T 也較大，而轉(zhuǎn)速 n則小，由數(shù)學(xué)分析及實(shí)踐運(yùn)行證明，其形狀也相似于雙曲線，因此，如同并勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣，將圖 411中的轉(zhuǎn)速特性曲線 n＝ f（ Ia）的橫坐標(biāo)由 Ia改為 T，就可以代表機(jī)械特 性 n＝ f（ T）。對直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求是應(yīng)有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩以縮短起動(dòng)時(shí)間，提高生產(chǎn)率，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流又不能過大。在起動(dòng)開始瞬間，雖然給電動(dòng)機(jī)加上電源電壓 U，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，一開始轉(zhuǎn)速 n＝ 0，故反電動(dòng)勢 Ea＝ Ceφ n＝ 0，由式（ 33）可知，此時(shí)電樞電流 Ia為 staa aa IRUR EUI ???? （ 410） 將此時(shí)的電流為稱起動(dòng)電流，用 Ist表示。這樣大的起動(dòng)電流將帶來以下不良 影響： （ 1） 電動(dòng)機(jī)的電刷與換向器之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花而導(dǎo)致電刷與換向器表面的燒損； （ 2） 產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械受到強(qiáng)烈的沖擊而損壞； （ 3） 使電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響供電的穩(wěn)定性。通常采用的起動(dòng)方法有兩種，即降低電源電壓起動(dòng)和在電樞回路中串電阻起動(dòng)。缺點(diǎn)是起動(dòng)電流大。有關(guān)該電路的工作原 理及調(diào)壓過程將在電子技術(shù)課程中介紹。用降低電源電壓的方法起動(dòng)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)時(shí)必須注意：起動(dòng)時(shí)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)上必須加額定的勵(lì)磁電壓，使磁通保持額定值，否則電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流雖然比較大，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻很小，電動(dòng)機(jī)可能無法起動(dòng)。 解 （ 1） 10 011 0 ???? a ann R EUI A＝ 25A （ 2） ?? anst RUI A＝ 275A （ 3） IRUI a 211 ?? ???? na IRU V＝ 20V 3． 電樞回路中串電阻起動(dòng) 并 勵(lì)電動(dòng)機(jī)及串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的串電阻起動(dòng)電路分別如圖 413 及圖 414 所示。在起動(dòng)過程中，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n的升高， Ea也隨著升高，電樞電流就相應(yīng)地減小，為了保持一定的加速轉(zhuǎn)矩，應(yīng)將起動(dòng)電阻逐漸切除。 電樞回路串電阻的起動(dòng)方法所需設(shè)備較簡單，但在起動(dòng)過程中起動(dòng)電阻上有能量損耗。對于小功率直流電動(dòng)機(jī)一般用串電阻起動(dòng)；容量稍大但不需經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也可用串電阻起動(dòng)，而需經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，如起重、運(yùn)輸機(jī)械上的電動(dòng)機(jī)則宜用降低電源電壓的辦法起動(dòng)。由公式 n = ΦC IRU e aa?可以看出，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)有以下幾種方法： （ 1） 改變電源電壓 Ｕ ； （ 2） 減小主磁通 Φ ； （ 3） 改變電樞回路的電壓降 Ｒ aIa，通常在電樞回路中串入調(diào)速電阻 Ｒ av，則電樞回路中的電壓降為（ Ｒ a+Ｒ av） Ｉ a 1. 改變電源電壓 Ｕ 目前廣泛采用晶閘管整流裝置作為一個(gè)輸出電壓可調(diào)的直流電源，給直流電動(dòng)機(jī)供電。 （ 2） （ 3） 轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速往低調(diào)，不能超過額定轉(zhuǎn)速（因端電壓不能超過額定電壓）。在晶閘管變流技術(shù)采用以前，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速一般采用直流他勵(lì)發(fā)電 機(jī)―直流電動(dòng)機(jī)組來實(shí)現(xiàn)，通稱 F－ D 系統(tǒng)，許多大型的龍門刨床、重型鏜床、軋鋼機(jī)中即采用此系統(tǒng)。由于 F－ D 系統(tǒng)所需電機(jī)數(shù)量多、效率低、噪聲及干擾也較大，故已被逐步淘汰。對并勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，可在勵(lì)磁回路中串聯(lián)磁場調(diào)節(jié)電阻 Ｒ pf，如圖 416（ a）所示；對串勵(lì)電動(dòng)機(jī)而言，可在勵(lì) 磁回路兩端并聯(lián)磁場分路電阻Ｒ pf 如圖 416（ b）所示，以減小流過勵(lì)磁回路中的電流，使 Φ降低，從而達(dá)到調(diào)速目的。 （ 2） 轉(zhuǎn)速只能從額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)，且調(diào)速范圍一般來講比較窄，只能作輔助調(diào)速之用。 3. 在電樞回路中串入調(diào)速電阻調(diào)速 調(diào)速方法接線與圖 413及圖 414 相同，但必須注意，調(diào)速變阻器可作起動(dòng)變阻器用，而起動(dòng)變阻器不能用于調(diào)速，因?yàn)槠饎?dòng)變阻器是按短時(shí)工作設(shè)計(jì)的，如將它用于調(diào)速，則很容易 損壞。在 20 世紀(jì) 70年代前，由于晶閘管調(diào)壓技術(shù)尚未大量采用，因而在某些功率稍大的直流電動(dòng)機(jī)中也采用電樞回路串電阻調(diào)速，如城市電車、礦用電力機(jī)車、蓄電池運(yùn)輸車等。特性曲線較軟，即負(fù)載變動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化較大。 目前此種調(diào)速方法已基本被晶閘管可調(diào)直流電源調(diào)速代替。只要改變磁場方向或電樞繞組中的電流方向，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也隨之改變。分別如圖 417 所示。 圖 416 417 直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)需使機(jī)械迅速停轉(zhuǎn)，有時(shí)需限制機(jī)械的轉(zhuǎn)速（如起重機(jī)械下放重物、電車、電傳動(dòng)機(jī)車下坡等） ，以免發(fā)生危險(xiǎn)，為此就需對電動(dòng)機(jī)實(shí)施制動(dòng)。如果制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是用機(jī)械制動(dòng)閘的摩擦轉(zhuǎn)矩來產(chǎn)生，則稱為機(jī)械制動(dòng)；如果是電動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，則稱電氣制動(dòng)。 1．再生制動(dòng)（又稱回饋制動(dòng)、發(fā)電制動(dòng)） 所謂再生制動(dòng)是電機(jī)此時(shí)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)下運(yùn)行，將發(fā)出的電能反送回電網(wǎng)。如電機(jī)在運(yùn)行時(shí)由于某種原因使 Ea U（例如起重機(jī)下放重物，運(yùn)輸機(jī)械下坡等），則電樞電流 Ia 方向就改變了，即Ia與 U 方向相反，電機(jī)向電網(wǎng)輸送電能，這時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 T＝ CMφ Ia，也因Ia的反向而改變方向，即與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，故起制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用。因此當(dāng)電傳動(dòng)機(jī)車、電車等 下坡時(shí)，或起重設(shè)備下放重物時(shí)，只要當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于 n0 時(shí)，即作發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以限制電機(jī)轉(zhuǎn)速的繼續(xù)上升，并同時(shí)向電網(wǎng)輸送電能。為此串勵(lì)電動(dòng)機(jī)如要進(jìn)行再生制動(dòng)，必須先將串勵(lì)電動(dòng)機(jī)改為他勵(lì)，由專門的低壓直流電源給勵(lì)磁繞組供電，以保證磁通有一定的數(shù)值（不隨 Ia 而變化）。如圖 418 所示，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)只需將開關(guān) S 合向下方，此時(shí)勵(lì)磁電流仍由直流電源供電，產(chǎn)生恒定的磁通 φ ，電樞靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁通 φ 而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 Ea給制動(dòng)電阻 R 供電， 將電能消耗在電阻的發(fā)熱上，而電樞電流 Ia 則與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的方向相反，故產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對電機(jī)實(shí)行制動(dòng)。但能量無法利