N
S
···
···
N
S
直流电动机的构造极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路直流电机由定子 (磁极 )、转子
(电枢 )和机座等部分构成。
2,转子 (电枢 )
由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
1,磁极永磁式,由永久磁铁做成。
励磁式,磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，
形成电磁铁。
励磁,磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：单个绕组元件组成。
用来在电机中产生磁场。
1,他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。
直流电机的分类直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机
2,并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。
UUf IaM
+
_
+
_
If
fR? stR他励
Ia UM
+
_
If
fR?
stR
+
_
I
E
并励
4,复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。
3,串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
串励
U
Ia
+
_
If
M
复励
U
+
_
I
M
Ia
直流电机的基本工作原理
I
U– +
S
b
N
a
c
d
直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向 如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是 S极有效边的电流方向向里,N
极有效边的电流方向向外。电动机电 枢 绕组通电后中受力 (左手定则 )按顺时针方向旋转 。
电刷换向片
I
F
F
T
n换向器作用：将外部直流电转换成内部的直流电，以保持转矩方向不变。
U– +
E
E
T n
S
b
N
dF
F
a
c I
I
换向片电刷线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。
KE,与电机结构有关的常数
n,电动机转速
,磁通
1,电枢感应电动势
E=EK? n
U– +
E
E
T n
S
b
N
dF
F
a
c I
I
换向片电刷由图可知,电枢感应电动势 E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称 反电势 。
aaaa RInKRIEU E
式中,U — 外加电压
Ra — 绕组电阻
2,电枢回路电压平衡式
–
RaIa
E
+
–
+
U M
KT,与电机结构有关的常数
,线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
3,电磁转矩单位,? (韦伯 ),Ia (安 ),T (牛顿?米 )
直流电动机电枢绕组中的电流 (电枢电流 Ia)与磁通?相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为
4,转矩平衡关系电动机的电磁转矩 T为驱动转矩,它使电枢转动。
在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即
T=KT?Ia
当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。
转矩平衡过程
02 TTT
T2,机械负载转矩
T0,空载转矩例,设外加电枢电压 U 一定,T=T2 (平衡 )，此时，
若 T2突然增加，则调整过程为达到新的平衡点 (Ia?,P入?) 。
T2? n?
Ia?T?
E?ΦnKE E?
a
aa
R
EUI
aΦIKT T?
直流电动机的机械特性
aa RIEU
特点,励磁绕组与电枢并联由图可求得
a
a R
EUI
f
f R
UI?
aa f IIII
由上分析可知：
当电源电压 U和励磁回路的电阻 Rf一定时,励磁电流 If和磁通?不变，即?= 常数 。 则
Ia UM
+
_
If
fR?
stR
+
_
I
E
直流电动机的机械特性
nnn 0
T
ΦKK
Rn
ET
2
a
ΦK
Un
E
0令：
T
ΦKK
R
ΦK
Un
ETE
2
a
T=KT?Ia
即：并励电动机的磁通
= 常数，转矩与电枢电流成正比。
a
aa
ΦIT
Φ
T
E
K
nKE
RIEU
由以下公式求得
Ia UM
+
_
If
fR?
stR
+
_
I
E
转速降:2a T
ΦKK
Rn
ET
理想空载转速:0
ΦK
Un
E
式中：
nnT
ΦKK
R
ΦK
Un
ETE
02a
n= f (T) 特性曲线 n0nN
TN
并励电动机在负载变化时,转速 n 的变化不大 —
硬机械特性（自然特性）。
改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线
n
0 T
n
并励电动机的起动与反转起动直流电动机不允许在额定电压 UN下直接起动。
Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；
Na
a
N
a s t )20~10( IR
UI
起动时,n =0? 0 nKE
E
1,起动问题：
(1) 起动电流大
(2) 起动转矩大起动时，起动转矩为 (10~20)TN,造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。
tasIT?
一般 Iast限制在 (1.5~2.5)IN。
2.起动方法
3.注意事项
(1) 电枢串电阻起动法
N
sta
N
a s t )5.2~5.1( IRR
UI?
(2) 降压起动法：
直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，
磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：
a
a s t
N
st RI
UR
在满磁下将 Rst置最大处，逐渐减小 Rst使 n升高。
最大起动电压 Ust为
aNastst )5.2~5.1( RIRIU
(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小 (T=KT?Ia),
电机将不能起动,这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。
(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势
E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩 不满足 负载 的需要，电动机必将减速而停转，
更加促使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换向器。
(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电 枢 电流过大而将绕组烧坏。 （ EIaT?>> T0? n?飞车）
2.反转例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。
电磁转矩,T=KT? Ia
(1) 改变励磁电流的方向。
(2) 改变电枢电流的方向。
注意,改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。
改变直流电机转向的方法有两种：
并励 (他励 )电动机的调速并励 (他励 )电动机 与异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。
1,调速均匀平滑，可以无级调速 (注：异步机改变极对数调速的方法叫有级调速 )。
2,调速范围大，调速比可达 200 以上 (调速比等于最大转速和最小转速之比）,因此机械变速所用的齿轮箱可大大简化。
主要优点：
由转速公式,
EK
RIUn aa
可见直流电机调速方法有三种。
可见：在 U 一定的情况下，改变?可改变转速 n 。
改变磁通调速
T
ΦKK
R
ΦK
Un
ETE
2
a
保持电枢电压 U不变，改变励磁电流 If (调 Rf)以改变磁通?。
由式
Rf If n?
一般只采用减少励磁电流 (减弱磁通 )的方法调速,即
改变磁通调速的方法：
减小磁通,n只能上调。
改变?时的机械特性如图。
0n
''0n
'0n
TL T
n （
减小
）
Rf
增加
O
调速过程,
直至 T=TC达到新的平衡。
电压 U保持 一定,减小磁通?。
T
ΦKK
R
ΦK
Un
ETE
2
a
a
a
a R
EUI
Rf E? Iａ?
n?Ia? E?
瞬间
T > T２ T?
ΦnKE E?
aΦIKT T?
(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受机械本身强度所限,n不能太高。
(2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。
(3) 机械特性较硬，稳定性较好。
(4) 对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达 ３ ~４,
例如 530~2120 r/min及 310~1 240 r/min 。
减小? 调速的特点：
(1) 若调速后 Ia 保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。
(2) 这种调速方法只适用于恒功率调速 (如用于切削机床 )。
使用调磁调速时应注意：
改变电压调速由转速公式知：
调电压 U,n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。
n0"
n0'
电压降低
Tc
特性曲线
n0 n
T0
KTnTΦKK RΦK Un
ETE
02a
)( a 一定和 RΦ
改变电压调速的特点,
(1)工作时电压不允许超过 UN，而 n? U,所以调速只能向下调 。
(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。
(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。
(4)调速幅度较大。
调速过程,
保持 If为额定,减小电枢 电压 。
U? Ia? T?
T = TC稳定
n? E?
Ia?T?
改变电压调速需要用电压可以调节的专用设备，投资费用较高。
近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。
电枢回路串电阻调速电枢中串入电阻,使?n?、
n0不变，即电机的特性曲线变陡 (斜率变大 )，在相同力矩下,n?。特性曲线如图。
Ran
n0
T
nnT
ΦKK
R
ΦK
Un
ETE
02a
电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，
因此 n 只能下调。
特点,(1) 设备简单，操作方便。
(2)机械特性软，稳定性差。
(3)能量损耗大，只用于小型直流机。
Ra + R
电阻增大
1.额定功率 PN,电机轴上输出的机械功率。
2.额定电压 UN,额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例,110V,220V,440V）
3.额定电流 IN,额定电压下轴上输出额定功率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。
三者关系,PN=UNIN? （?：效率）
4.额定转速 nN,在 PN,UN,IN 时的转速。
直流电机的转速一般在 500r/min 以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如每分钟几转）或很高（每分钟 3000转以上）。
注意,调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过 1.2nN。 。
直流电动机的额定值
(3) 恒功率负载（ P 一定时,T和 n 成反比 )，要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
直流电动机特性类型的选择,
(1) 恒转矩的生产机械 (TL一定，和转速无关 )要选硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。
(2) 通风机械负载，机械负载 TL 和转速 n 的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。
直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。
电动机的 连接
(1) 绕组的阻值范围电枢绕组的阻值在零点几欧姆到 1~2欧姆。
他励 (并励 )电机的励磁绕组 的阻值有 几百欧姆 。
串励电机的励磁绕组 的阻值 与电枢绕组的相当 。
（ 2）绕组的符号
(1) 绕组的阻值范围电枢绕组 的阻值在 零点几欧姆到 1~2欧姆。
S1
T1
B1
C1
H1
BC1
Q1
S2
T2
B2
C2
H2
BC2
Q2
电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组换向极绕组补偿绕组起动绕组始端 绕组名称末端
S
···
···
N
S
直流电动机的构造极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路直流电机由定子 (磁极 )、转子
(电枢 )和机座等部分构成。
2,转子 (电枢 )
由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
1,磁极永磁式,由永久磁铁做成。
励磁式,磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，
形成电磁铁。
励磁,磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：单个绕组元件组成。
用来在电机中产生磁场。
1,他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。
直流电机的分类直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机
2,并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。
UUf IaM
+
_
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If
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I
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并励
4,复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。
3,串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。
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U
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直流电机的基本工作原理
I
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S
b
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直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向 如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是 S极有效边的电流方向向里,N
极有效边的电流方向向外。电动机电 枢 绕组通电后中受力 (左手定则 )按顺时针方向旋转 。
电刷换向片
I
F
F
T
n换向器作用：将外部直流电转换成内部的直流电，以保持转矩方向不变。
U– +
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T n
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换向片电刷线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。
KE,与电机结构有关的常数
n,电动机转速
,磁通
1,电枢感应电动势
E=EK? n
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E
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T n
S
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换向片电刷由图可知,电枢感应电动势 E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称 反电势 。
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式中,U — 外加电压
Ra — 绕组电阻
2,电枢回路电压平衡式
–
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E
+
–
+
U M
KT,与电机结构有关的常数
,线圈所处位置的磁通
Ia：电枢绕组中的电流
3,电磁转矩单位,? (韦伯 ),Ia (安 ),T (牛顿?米 )
直流电动机电枢绕组中的电流 (电枢电流 Ia)与磁通?相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为
4,转矩平衡关系电动机的电磁转矩 T为驱动转矩,它使电枢转动。
在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即
T=KT?Ia
当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。
转矩平衡过程
02 TTT
T2,机械负载转矩
T0,空载转矩例,设外加电枢电压 U 一定,T=T2 (平衡 )，此时，
若 T2突然增加，则调整过程为达到新的平衡点 (Ia?,P入?) 。
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直流电动机的机械特性
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特点,励磁绕组与电枢并联由图可求得
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由上分析可知：
当电源电压 U和励磁回路的电阻 Rf一定时,励磁电流 If和磁通?不变，即?= 常数 。 则
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直流电动机的机械特性
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T=KT?Ia
即：并励电动机的磁通
= 常数，转矩与电枢电流成正比。
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由以下公式求得
Ia UM
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理想空载转速:0
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式中：
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02a
n= f (T) 特性曲线 n0nN
TN
并励电动机在负载变化时,转速 n 的变化不大 —
硬机械特性（自然特性）。
改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线
n
0 T
n
并励电动机的起动与反转起动直流电动机不允许在额定电压 UN下直接起动。
Iast太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；
Na
a
N
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UI
起动时,n =0? 0 nKE
E
1,起动问题：
(1) 起动电流大
(2) 起动转矩大起动时，起动转矩为 (10~20)TN,造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。
tasIT?
一般 Iast限制在 (1.5~2.5)IN。
2.起动方法
3.注意事项
(1) 电枢串电阻起动法
N
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a s t )5.2~5.1( IRR
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(2) 降压起动法：
直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通,不能让它断开,而且起动时要满励磁。否则，
磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：
a
a s t
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在满磁下将 Rst置最大处，逐渐减小 Rst使 n升高。
最大起动电压 Ust为
aNastst )5.2~5.1( RIRIU
(1)如果电动机是静止的，由于转矩太小 (T=KT?Ia),
电机将不能起动,这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。
(2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势
E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩 不满足 负载 的需要，电动机必将减速而停转，
更加促使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换向器。
(3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电 枢 电流过大而将绕组烧坏。 （ EIaT?>> T0? n?飞车）
2.反转例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。
电磁转矩,T=KT? Ia
(1) 改变励磁电流的方向。
(2) 改变电枢电流的方向。
注意,改变转动方向时，励磁电流和电枢电流两者的方向不能同时变。
改变直流电机转向的方法有两种：
并励 (他励 )电动机的调速并励 (他励 )电动机 与异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。
1,调速均匀平滑，可以无级调速 (注：异步机改变极对数调速的方法叫有级调速 )。
2,调速范围大，调速比可达 200 以上 (调速比等于最大转速和最小转速之比）,因此机械变速所用的齿轮箱可大大简化。
主要优点：
由转速公式,
EK
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可见直流电机调速方法有三种。
可见：在 U 一定的情况下，改变?可改变转速 n 。
改变磁通调速
T
ΦKK
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ETE
2
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保持电枢电压 U不变，改变励磁电流 If (调 Rf)以改变磁通?。
由式
Rf If n?
一般只采用减少励磁电流 (减弱磁通 )的方法调速,即
改变磁通调速的方法：
减小磁通,n只能上调。
改变?时的机械特性如图。
0n
''0n
'0n
TL T
n （
减小
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Rf
增加
O
调速过程,
直至 T=TC达到新的平衡。
电压 U保持 一定,减小磁通?。
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(1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受机械本身强度所限,n不能太高。
(2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。
(3) 机械特性较硬，稳定性较好。
(4) 对专门生产的调磁电动机,其调速幅度可达 ３ ~４,
例如 530~2120 r/min及 310~1 240 r/min 。
减小? 调速的特点：
(1) 若调速后 Ia 保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。
(2) 这种调速方法只适用于恒功率调速 (如用于切削机床 )。
使用调磁调速时应注意：
改变电压调速由转速公式知：
调电压 U,n0变化，但斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。
n0"
n0'
电压降低
Tc
特性曲线
n0 n
T0
KTnTΦKK RΦK Un
ETE
02a
)( a 一定和 RΦ
改变电压调速的特点,
(1)工作时电压不允许超过 UN，而 n? U,所以调速只能向下调 。
(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性好。
(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。
(4)调速幅度较大。
调速过程,
保持 If为额定,减小电枢 电压 。
U? Ia? T?
T = TC稳定
n? E?
Ia?T?
改变电压调速需要用电压可以调节的专用设备，投资费用较高。
近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。
电枢回路串电阻调速电枢中串入电阻,使?n?、
n0不变，即电机的特性曲线变陡 (斜率变大 )，在相同力矩下,n?。特性曲线如图。
Ran
n0
T
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ΦKK
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ETE
02a
电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，
因此 n 只能下调。
特点,(1) 设备简单，操作方便。
(2)机械特性软，稳定性差。
(3)能量损耗大，只用于小型直流机。
Ra + R
电阻增大
1.额定功率 PN,电机轴上输出的机械功率。
2.额定电压 UN,额定工作情况下的电枢上加的直流电压。（例,110V,220V,440V）
3.额定电流 IN,额定电压下轴上输出额定功率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。
三者关系,PN=UNIN? （?：效率）
4.额定转速 nN,在 PN,UN,IN 时的转速。
直流电机的转速一般在 500r/min 以上。特殊的直流电机转速可以做到很低（如每分钟几转）或很高（每分钟 3000转以上）。
注意,调速时对于没有调速要求的电机，最大转速不能超过 1.2nN。 。
直流电动机的额定值
(3) 恒功率负载（ P 一定时,T和 n 成反比 )，要选软特性电机拖动。如：电气机车等。
直流电动机特性类型的选择,
(1) 恒转矩的生产机械 (TL一定，和转速无关 )要选硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。
(2) 通风机械负载，机械负载 TL 和转速 n 的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。
直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。
电动机的 连接
(1) 绕组的阻值范围电枢绕组的阻值在零点几欧姆到 1~2欧姆。
他励 (并励 )电机的励磁绕组 的阻值有 几百欧姆 。
串励电机的励磁绕组 的阻值 与电枢绕组的相当 。
（ 2）绕组的符号
(1) 绕组的阻值范围电枢绕组 的阻值在 零点几欧姆到 1~2欧姆。
S1
T1
B1
C1
H1
BC1
Q1
S2
T2
B2
C2
H2
BC2
Q2
电枢绕组他励绕组并励绕组串励绕组换向极绕组补偿绕组起动绕组始端 绕组名称末端
