串励式直流电动机的特性

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【摘 要】按磁场绕组与电枢电阻的连接方式不同，起动用直流电动机分为串励式、并励式和复励式3种。其中串励式直流电动机具有起动转矩大，轻载转速高，重载转速低的特点，因此被广泛应用在汽车行业。本文通过分析串励式直流电动机的运行特性，推导出电磁转矩 、电动机的转速 和起动机的功率 随电枢电流 变化的关系式，进而绘制出串励式直流电动机的运行特性曲线图；同时进一步讨论了影响串励式直流电动机运行特性的因素。

【关键词】串励式 运行特性 曲线图

1运行特性

电磁转矩 、电动机的转速 和起动机的功率 随电枢电流 变化的规律称为串励直流电动机的运行特性，包括电动机的转矩特性、机械特性和功率特性。

1.1转矩特性

电动机电磁转矩 随电枢电流 变化的关系 称为转矩特性。串励式电动机电流流向是：蓄电池正极 磁场绕组 正电刷 换向器 电枢绕组 负电刷 搭铁。流过磁场绕组的全部电流也流过电枢绕组，电枢电流 和励磁电流 相等。磁性材料存在“磁饱和”的物理特性，在磁路未饱和时，磁通 与电流成正比，即 ，则电磁转矩为：

即在磁路未饱和时，电磁转矩与电枢电流 的平方成正比。式中 为电矩常数。

在起动机起动发动机的瞬间，因发动机的阻力矩很大，起动机处于完全制动状态。此时电枢转速为零，反电动势为零，电枢电流达到最大值，转矩也相应地达到最大值。因为电磁转矩与电枢电流的平方成正比，所以制动电流产生的转矩足以克服发动机的阻力矩，使发动机起动变得很容易。这就是汽车起动机采用串励式电动机的主要原因之一。

在磁路饱和后，电流增大，导磁材料由于物理结构的限制，磁通不变，电磁转矩与电枢电流呈线性关系。转矩特性曲线如图1所示。

1.2机械特性

电动机的转速 随电磁转矩 而变化的关系 称为机械特性。由电压平衡方程，转矩方程及电动势方程可得转速特性：

串励式电动机在输出转矩较大时，电枢电流较大，电动机转速随电流的增加而急剧下降；反之，在输出转矩较小时，电动机转速又随电枢电流的减小而很快上升。串励式电动机具有轻载转速高，重载转速低的特性，对保证起动安全可靠是非常有利的，是汽车上采用串励式起动机的又一重要原因。

1.3功率特性

2运行特性曲线影响因素

电动机的运行特性曲线是在一定温度下，配用一定容量和充电状态的蓄电池及起动电路电阻不变的条件下得出的。如果这些条件变化，其特性曲线就会发生变化。具体表现在：（1）环境温度的影响： 一方面温度降低导致蓄电池内阻增加，容量下降，虽然低温时连接导线的电阻及起动机内阻相对减小，但远小于蓄电池内阻增加的数量，因此低温时起动机输出功率大量减小。（2）蓄电池的容量及充电状况： 作为起动机的工作电源，蓄电池容量越大，充电越足，内阻越小，供给起动机的电流越大，起动机的输出功率、转速、起动转矩均增大。（3）起动电路电阻：起动电路电阻包括电动机内部电阻（磁场绕组、电枢绕组和电刷接触电阻）、连接导线电阻以及导线连接处的接触电阻。电路电阻越大，起动机的输出功率，转速和制动力矩都会降低。

参考文献：

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[2]陈明德，魏美琪.直流电动机 特性研究[K].

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