第三章 直流电动机的启动、制动

转 子： 主要由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。
由换向片和电刷组成，电刷固定在定子上，换向片与电 换向器： 枢绕组相连，换向片与电刷保持滑动接触。
3.1.2 直流电机基本结构 1换向器2电刷装置3机座4主磁极5换向极6端盖7风扇8电枢绕组9电枢铁芯
3.1.2 直流电机基本机构结构
3.2直流电机的基本方程 3.2.1励磁方式
n
U
Ke
Ra
Ke
Ia
n
U
Ke
Ra
Ke
Ia
他励电动机的励磁电流If的大小 与电枢电流 Ia的大小无关，它的大小
只取决于 Rf、 Uf的大小，当 Rf、 Uf的
大小一定时, If为定值，即磁通为定
值。 ∵ E Ke n、 T Km Ia
∴U Ke n Ia Ra
1. 理想空载转速：
理想空载点
T=0时的转速称为理想空载转速， 用n0表示。
式中：E — 感应电动势（V）； Φ — 一对磁极的磁通（Wb）； n — 电枢转速（r/min）； Ke — 与电机结构有关的常数。
式中：TM—电磁转矩（N·m）； Φ—对磁极的磁通（Wb）； Ia—电枢电流（A）； Km—与电机结构有关的常数
E Ke n
TM Km Ia
发电机：
如图3-9所示,他励发电机中的电压与 电流间的关系遵循回路电压定律: 电压平衡方程：
转矩平衡方程：当原动机与发电机 电磁转矩和空载损耗转矩之和相等 时，转子稳速运行
电动机：
电压平衡方程：
当电磁转矩T 与负载转矩TL和空载 损耗转矩T0之和相等时，电动机稳 定运行。
图3-11 他励直流电动机电路原理
直流电机作为发电机运行和电动机运行时，虽然都产生电动势E和 电磁转矩T，但二者的作用正好相反。

直流电动机控制电路一、直流电动机的启动1.并励直流电动机的启动并励直流电动机的启动控制电路如图1-15所示。

图中，KA1是过电流继电器，作直流电动机的短路和过载保护。

KA2欠电流继电器，作励磁绕组的失磁保护。

启动时先合上电源开关QS，励磁绕组获电励磁，欠电流继电器KA2线圈获电，KA2常开触点闭合，控制电路通电；此时时间继电器KT线圈获电，KT常闭触点瞬时断开。

然后按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈获电，KM1主触点闭合，电动机串电阻器R启动；KM1的常闭触点断开，KT线圈断电，KT常闭触点延时闭合，接触器KM2线圈获电，KM2主触点闭合将电阻器R短接，电动机在全压下运行。

2. 他励直流电动机的启动（见图1-16）图1-15 并励直流电动机启动控制电路图1-16 他励直流电动机启动控制电路3. 串励直流电动机的启动（见图1-17）图1-17 串励直流电动机启动控制电路请注意，串励直流电动机不允许空载启动，否则，电动机的高速旋转，会使电枢受到极大的离心力作用而损坏，因此，串励直流电动机一般在带有20%~25%负载的情况下启动。

二、直流电动机的正、反转1.电枢反接法这种方法是改变电枢电流的方向，使电动机反转。

并励直流电动机的正、反转控制电路如图1-18所示。

启动时按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈获电，KM1常开触点闭合，电动机正转。

若要反转，则需先按下SB1，使KM1断电，KM1连锁常闭触点闭合。

这时再按下反转按钮SB3，接触器KM2线圈获电，KM2常开触点闭合，使电枢电流反向，电动机反转。

2.磁场反接法这种方法是改变磁场方向（即励磁电流的方向）使电动机反转。

此法常用于串励电动机，因为串励电动机电枢绕组两端的电压很高，而励磁绕组两端的电压很低，反转较容易，其控制电路如图1-19所示。

其工作原理同上例相似，请自己分析。

图1-18并励直流电动机正,反转控制电路图1-19串励电动机正,反转控制电路三、直流电动机的制动在实际生产中有时要求机械能迅速停转，这就要求直流电动机可以制动。

直流电动机的启动、调速、反转与制动（一）摘要本文介绍了直流电动机的启动、调速、反转和制动等方面的基础知识和实际操作技巧。

通过了解直流电动机的工作原理，我们能够更好地掌握如何实现电动机的启动、调速、反转和制动控制。

一、直流电动机的基本原理直流电动机是应用广泛、使用最为普及的一类电动机，它利用直流电的力线作用于定子和转子中导体的电流而产生旋转力矩。

直流电动机的基本构成包括：定子、转子、集电环、电枢、永磁体等部分，其中电枢是电机的主要转换元件。

当电机通电后，电枢内的导体会在磁场作用下受到力矩而旋转，从而带动转子旋转。

电枢外接电源，因此电流方向不断变化，导致电枢上每一根导体均不断变化着受到力矩的方向，当导体在磁场中转到过渡点时，力矩的作用方向就会随之改变，从而形成电枢稳定旋转，并实现电机的工作。

二、直流电动机的启动直流电动机的启动方式主要有自激励式启动和外激励式启动两种。

1. 自激励式启动自激励式启动是最常见的直流电动机启动方式，它是通过电枢产生的反电动势和自感作用来实现电机的启动的。

在自激励式启动过程中，需要使用一个发电机将直流电源产生的电流输出到电机的电枢上，此时，电枢上的导体会产生高速旋转，并在磁场作用下产生反电动势。

当电枢转速达到某一值时，反电动势的大小会超过电源电压，从而达到自我激励的目的，实现电机的启动。

2. 外激励式启动外激励式启动采用较大的磁场励磁电源来励磁电机的励磁绕组，使电机初期转矩增大，将电机启动起来。

外励磁通常使用同步电动机、串联机等至少具有较强磁场特性的电动机来实现。

三、直流电动机的调速1. 电枢调速电枢调速是一种常见的简单调速方式，它通过改变电枢电压的大小，控制电动机的转速。

具体来说，通过调节电枢上电流的大小和方向，可以实现电枢中磁通的改变，从而改变电机的转速。

但是，电枢调速方式容易产生调速失速现象，同时，由于电机负载的变化，需要不断调节电机的电压，使得调速操作比较麻烦。

2. 电阻调速电阻调速是通过在电机电路中加入电阻，从而改变电路阻抗大小，从而实现电机的转速调节。

【任务实施】
1.任务实施的内容 直流电动机的启动、反转、调速与制动试验。 2.任务实施的要求 掌握直流电动机的启动、反转方法、调速和制动的方法。 3.设备器材 导轨、测速发电机及转速表，1套；校正直流测功机，1台；他 励直流电动机，1台；直流电压表，2块；直流电流表，3块；可调 电阻器，3只 。 4.任务实施的步骤 (1)他励直流电动机的启动 按图3-37接线。图中他励直流电动机M用DJ15，其额定功率PN ＝185W，额定电压UN＝220V，额定电流IN＝1.2A，额定转速nN＝ 1600r/min，额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测 功机使用，TG为测速发电机。直流电流表A1、A2选用200mA挡， A3 、A4选用5A挡。直流电压表V1、V2 选用1000V挡。
3.他励直流电动机的回馈制动 图3-36(a)是电车下坡时正回馈制动机械特性，这时n＞n0，是 电动状态，其机械特性延伸到第二象限的直线。图3-36(b)是带位 能负载下降时的回馈制动机械特性，直流电动机电动运行带动位 能性负载下降，在电磁转矩和负载转矩的共同驱动下，转速沿特 性曲线逐渐升高，进入回馈制动后将稳定运行在F点上。需要指出 的是，此时转子回路不允许串入电阻，否则将会稳定运行在很高 转速上。
(2)直流电动机的反转 将电枢串联启动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏 上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电 动机停机。在断电情况下，将电枢的两端接线对调后，再按他励电 动机的启动步骤启动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏 转的方向。 (3)调速特性 ①电枢回路串电阻(改变电枢电压Ua)调速。保持U＝UN、If＝IfN ＝常数，TL＝常数，测取n＝f(Ua)。 按图3-37接线。直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调 至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U ＝UN，Ia＝0.5IN，If＝IfN，记下此时MG的IF值。 保持此时的IF值(即T2值)和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降 低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端 电压Ua，转速n和电枢电流Ia，记录于表3.6中。