图4-3 改变电枢电压的人为的机械特性 -7-
第四章 直流电机拖动基础
2. 减小每极气隙磁通
当降低励磁电压或在励磁回路串接电阻Rc ， 使励磁电流I f 减小，由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以
主极磁通减小了。根据机械特性公式可知：
n0
1 Φ
1 Φ2
当磁通减小后，理想空 n
载转速n0升高，而斜率 增 n01
阻为零时所得的机械特性称为固有的机械特性。特性曲线如图4-2
所示，曲线满足如下公式：
n
UN CeΦ
Ra C e C T Φ N2
Te
（4-2）
n
n0 A
nN
O
TN
Tst
Te
图4-2 他励电动机固有机械特性
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第四章 直流电机拖动基础
固有机械特性的主要特点为：
1) Te = 0时，n=n0是理想空载转速，这时Ia=0，UN = Ea 。 2) 机械特性呈下倾的直线，转速随转矩增大而减小。因为下
斜率 增大，特性曲线倾斜度增加，且串入电阻越大，曲线越
倾斜，其人为机械特性如下图所示。
n
R1<R2
n0
Ra
固有
Ra+R1
Ra+R2
人为
O
Te
图4-5 改变电枢电阻的人为机械
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第四章 直流电机拖动基础
第二节 他励直流电动机的起动
所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某 一稳态转速的过程。他励直流电动机起动时，必须先加额定励 磁电流建立磁场，然后再加电枢电压。
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第四章 直流电机拖动基础
一、 电枢回路串电阻起动
在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻Rst，在起动 过程中将起动电阻逐步切除。 图4-6a为他励直流电动机三级起动
1
大， 使特性曲线倾斜度增 n0
N
加，电动机的转速较原来有
所提高，整个特性曲线均在
固有机械特性之上，如图3-
21所示。
O
Te
图4-4 改变磁通的人为机械特性
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第四章 直流电机拖动基础
3. 电枢回路串接电阻
当保持电枢回路电压Ua，励磁电流If 不变，改变电枢回路 的串接电阻R，电动机的理想空载转速n0 不变，但机械特性的
电机与拖动基础（第2版）
第四章 直流电机拖动基础
第一节 他励直流电动机的机械特性 第二节 他励直流电动机的起动 第三节 他励直流电动机的调速 第四节 他励直流电动机的制动 第五节 串励和复励电动机的电力拖动*
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第四章 直流电机拖动基础
引言
原动机为直流电动机的电机拖动系统称直流电力 拖动系统，或称直流电机拖动系统。在此系统中，电 动机有他励、串励和复励三种直流电动机，其中最主 要的是他励直流电动机，因此本章重点介绍由他励直 流电动机组成的直流电力拖动系统，对串励、复励电 动机的电力拖动只作简单介绍。
n
1. 改变电枢电压 电动机励磁电流为额定值，使
每极磁通为N 并保持不变，电枢U1 NhomakorabeaUN n0
UN
n01 U1
回路不外接电阻，改变电动机的电
枢电压Ua ，可得到一条与固有机械
O
特性平行的人为机械特性。不断改
Te U=0
变Ua ，可得到一组平行曲线，特性
曲线的硬度均相同，仅理想空载转 -n0
-UN
速大小不同，如图4-3所示。
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第四章 直流电机拖动基础
第一节 他励直流电动机的机械特性
直流电动机的机械特性是直流拖动理论的基础，下面以他励
直流电动机为例进行讨论。
+_ Ua
一、机械特性的一般形式
Q
电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲
线便是电动机的机械特性，即n=f（Te ）。 为了推导机械特性公式的一般形式，在电枢 回路中串入外接电阻R。 由转矩特性和转速 特性推导可得机械特性的一般表达式为
一般直流电动机拖动负载顺利起动的条件是：
1) 起动电流限制在一定范围内，即Ist ≤ IN， 为电机的过
载倍数； 2) 足够大的起动转矩，Tst ≥（1.1～1.2）TN ； 3) 起动设备简单、可靠。 如何限制起动时的电枢电流呢？由Ist =UN/Ra可知，限制起动
电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压， 即直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。
倾的斜率 较小，转速变化较小，所以又称为硬特性。
n n0 A
nN
O
TN
Tst
Te
图4-2 他励电动机固有机械特性
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❖ 3) 电动机起动时n = 0，感应 电动势Ea=0，这时电枢电流 为起动电流Ia=Ist=UN/Ra； 电磁转矩为起动转矩 Te=Tst=CTΦIst ； 又因 为电枢电阻Ra 很小，在额定 电压的作用下， 起动电流将非 常大，远远超过电动机所允许 的最大电流， 会烧坏换向器， 因此直流电机一般不允许全电 压直接起动。
他励直流电动机当忽I a 略 电U N枢Ra电E感a 时，电枢电流Ia为
（4-3）
在起动瞬间，电动机的转速n= 0，反电动势Ea = 0，电枢回 路只有电枢绕组电阻Ra，此时电枢电流为起动电流Ist，对应的 电磁转矩为起动转矩Tst，并有
I st
UN Ra
（4-4）
Tst CTΦN I st
（4-5）
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第四章 直流电机拖动基础
由于电枢绕组电阻Ra很小，因此起动电流Ist>>IN（约为10～20倍的IN）， 这么大的起动电流使电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成 环火；另外，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，这都 是不允许的。因此一般直流电机都不允许直接起动。这样，就需要增加起动设 备和采取措施来控制电机的起动过程。
A
Ia
V
R
M Ra
n U a I a (Ra R) U a Ra R Te
CeΦ
CeΦ CeΦ CTΦ
Ua CeΦ
Ra R CeCTΦ 2
Te
n0
Te
（4-1）
+
A If
Uf
Rf
_
Rc
图4-1 他励直流电动机接线图-3-
第四章 直流电机拖动基础
二、固有机械特性
直流电动机在电枢电压、励磁电压均为额定值，电枢外串电
n
n0 A
nN
O
TN
Tst
Te
图4-2 他励电动机固有机械特性
4) 若转矩Te>Tst ，n < 0，特性曲 线在第四象限；若Te < 0，n > 0， 则特性曲线在第二象限，电磁转矩 与转速方向相反，形成制动转矩， 电机处于发电状态。
第四章 直流电机拖动基础
三、人为机械特性
由公式（4-1）可知，当改变电动机的参数电枢电压Ua、励磁 电流I f 、电枢外接电阻R，可改变电动机的机械特性，这种人为 改变参数引起的机械特性又称人为机械特性。