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第 9章 直流电动机
9.1 直流电机的构造
9.2 直流电机的基本工作原理
9.4 并励电动机的起动与反转
9.3 直流电动机的机械特性
9.5 并励 (他励 )电动机的调速
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第 9章 直流电动机
1,了解直流电动机的基本构造和工作原理。
2,掌握他励（并励）和串励直流电动机的电
压与电流的关系式，接线图、机械特性。
3,搞清他励（并励）和串励直流电动机的起
动、反转和调速的基本原理和基本方法。
本章要求
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9.1 直流电机的构造
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，
维修也不便，但由于它的调速性能较好和起
动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或
者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动
机驱动。
直流电机的优点：
(1) 调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。
(2) 起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。
(3) 易于控制。
应用,
1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床,矿山竖井
提升机以及起重设备 等调速范围大的大型设备。
2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等
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N
S
···
···
N
S
9.1.1 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。
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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。
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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。
9.1.2 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
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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
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9.2 直流电机的基本工作原理
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9.2 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。
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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
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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
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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
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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?
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9.3 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
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9.3 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 = 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
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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
动画
n
0 T
? n
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例, 有一并励电动机，其额定数据如下,P２ =22KW,
UN=110V,nN=1000r/min,? = 0.84,并已知
Rf= 27.5?,Ra= 0.04?,试求, (1) 额定电流 I,额定
电枢电流 Ia及 额定励磁电流 If ; (2) 损耗功率 ?PaCu,
及 ?PO ; (3) 额定转矩 T; (4) 反电动势 E。
解,(1) P2是输出功率，额定输入功率为
KW19.2684.0 2221 ??? ?PP
A2 3 81 1 0 1019.26
3
1 ??
U
PI
额定电流
额定励磁电流
A4
5.27
1 1 0
f
f ??? R
uI额定电枢电流
A2 3 442 3 8fa ????? III
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（ 2）电枢电路铜损
W219023404.0 2a2aa C u ????? IRP
W4 4 045.27 2f2ff C u ????? IRP
励磁电路铜损
总损失功率
W4 1 9 02 2 0 0 02 6 1 9 021 ??????? PPP空载损耗功率
W200021904190a C u10 ?????????? PPP
m.N2101000 2295509550 2 ??? nPT
（ 3）额定转矩
（ 4）反电动势
V6.10023404.0110aa ?????? IRUE
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9.4 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。
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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 ????
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(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。 （ ?? ? E ? ?Ia??T ?>> T0 ? n?飞车）
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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：
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9.5 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。
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可见：在 U 一定的情况下，改变 ?可改变转速 n 。
9.5.1 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
动画
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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?
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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：
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9.5.2 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。
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(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。
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例, 有一他励电动机,已知 U=220V,Ia=53.8A,
n=1500r/min Ra=0.7 ? 。今将电枢电压降低一
半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？
解, 由 T=KT ? Ia可知，在保持负载转矩和励磁电
流不变的条件下，电流也保持不变。
电压降低后的转速 n′对原来的转速 n之比为
8.537.02 2 0
8.537.01 1 0
/
/
aa
aa
??
??
?
?
???
?
?
?
?
?
?
IRU
IRU
E
E
ΦKE
ΦKE
n
n
E
E
4.0?
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9.5.3 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
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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
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(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。
9.5.4 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。
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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
第 9章 直流电动机
9.1 直流电机的构造
9.2 直流电机的基本工作原理
9.4 并励电动机的起动与反转
9.3 直流电动机的机械特性
9.5 并励 (他励 )电动机的调速
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第 9章 直流电动机
1,了解直流电动机的基本构造和工作原理。
2,掌握他励（并励）和串励直流电动机的电
压与电流的关系式，接线图、机械特性。
3,搞清他励（并励）和串励直流电动机的起
动、反转和调速的基本原理和基本方法。
本章要求
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9.1 直流电机的构造
直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，
维修也不便，但由于它的调速性能较好和起
动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或
者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动
机驱动。
直流电机的优点：
(1) 调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。
(2) 起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。
(3) 易于控制。
应用,
1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床,矿山竖井
提升机以及起重设备 等调速范围大的大型设备。
2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等
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N
S
···
···
N
S
9.1.1 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。
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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。
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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。
9.1.2 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
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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
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9.2 直流电机的基本工作原理
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9.2 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。
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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
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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
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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
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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?
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9.3 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?
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_
I
E
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9.3 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 = 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
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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
动画
n
0 T
? n
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例, 有一并励电动机，其额定数据如下,P２ =22KW,
UN=110V,nN=1000r/min,? = 0.84,并已知
Rf= 27.5?,Ra= 0.04?,试求, (1) 额定电流 I,额定
电枢电流 Ia及 额定励磁电流 If ; (2) 损耗功率 ?PaCu,
及 ?PO ; (3) 额定转矩 T; (4) 反电动势 E。
解,(1) P2是输出功率，额定输入功率为
KW19.2684.0 2221 ??? ?PP
A2 3 81 1 0 1019.26
3
1 ??
U
PI
额定电流
额定励磁电流
A4
5.27
1 1 0
f
f ??? R
uI额定电枢电流
A2 3 442 3 8fa ????? III
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（ 2）电枢电路铜损
W219023404.0 2a2aa C u ????? IRP
W4 4 045.27 2f2ff C u ????? IRP
励磁电路铜损
总损失功率
W4 1 9 02 2 0 0 02 6 1 9 021 ??????? PPP空载损耗功率
W200021904190a C u10 ?????????? PPP
m.N2101000 2295509550 2 ??? nPT
（ 3）额定转矩
（ 4）反电动势
V6.10023404.0110aa ?????? IRUE
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9.4 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。
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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 ????
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(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。 （ ?? ? E ? ?Ia??T ?>> T0 ? n?飞车）
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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：
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9.5 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。
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可见：在 U 一定的情况下，改变 ?可改变转速 n 。
9.5.1 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
动画
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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?
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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：
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9.5.2 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。
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(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。
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例, 有一他励电动机,已知 U=220V,Ia=53.8A,
n=1500r/min Ra=0.7 ? 。今将电枢电压降低一
半，而负载转矩不变，问转矩降低多少？
解, 由 T=KT ? Ia可知，在保持负载转矩和励磁电
流不变的条件下，电流也保持不变。
电压降低后的转速 n′对原来的转速 n之比为
8.537.02 2 0
8.537.01 1 0
/
/
aa
aa
??
??
?
?
???
?
?
?
?
?
?
IRU
IRU
E
E
ΦKE
ΦKE
n
n
E
E
4.0?
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9.5.3 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
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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
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(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。
9.5.4 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。
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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
