李魯玉 張博 石經(jīng)緯

（山東理工大學，山東淄博 255049）

串勵式直流電動機的特性

李魯玉 張博 石經(jīng)緯

（山東理工大學，山東淄博 255049）

按磁場繞組與電樞電阻的連接方式不同，起動用直流電動機分為串勵式、并勵式和復勵式3種。其中串勵式直流電動機具有起動轉(zhuǎn)矩大，輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低的特點，因此被廣泛應用在汽車行業(yè)。本文通過分析串勵式直流電動機的運行特性，推導出電磁轉(zhuǎn)矩M、電動機的轉(zhuǎn)速n和起動機的功率P隨電樞電流sI變化的關系式，進而繪制出串勵式直流電動機的運行特性曲線圖；同時進一步討論了影響串勵式直流電動機運行特性的因素。

串勵式 運行特性 曲線圖

1 運行特性

電磁轉(zhuǎn)矩M、電動機的轉(zhuǎn)速n和起動機的功率P隨電樞電流Is變化的規(guī)律稱為串勵直流電動機的運行特性，包括電動機的轉(zhuǎn)矩特性、機械特性和功率特性。

1.1 轉(zhuǎn)矩特性

電動機電磁轉(zhuǎn)矩M隨電樞電流Is變化的關系M=f（Is）稱為轉(zhuǎn)矩特性。串勵式電動機電流流向是：蓄電池正極→磁場繞組→正電刷→換向器→電樞繞組→負電刷→搭鐵。流過磁場繞組的全部電流也流過電樞繞組，電樞電流Is和勵磁電流Il相等。磁性材料存在“磁飽和”的物理特性，在磁路未飽和時，磁通Φ與電流成正比，即Φ=C1Il=C1Is，則電磁轉(zhuǎn)矩為：

即在磁路未飽和時，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流sI的平方成正比。式中mC為電矩常數(shù)。

在起動機起動發(fā)動機的瞬間，因發(fā)動機的阻力矩很大，起動機處于完全制動狀態(tài)。此時電樞轉(zhuǎn)速為零，反電動勢為零，電樞電流達到最大值，轉(zhuǎn)矩也相應地達到最大值。因為電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流的平方成正比，所以制動電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩足以克服發(fā)動機的阻力矩，使發(fā)動機起動變得很容易。這就是汽車起動機采用串勵式電動機的主要原因之一。

圖3

在磁路飽和后，電流增大，導磁材料由于物理結構的限制，磁通不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流呈線性關系。轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖1所示。

1.2 機械特性

電動機的轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩M而變化的關系）（Mfn=稱為機械特性。由電壓平衡方程，轉(zhuǎn)矩方程及電動勢方程可得轉(zhuǎn)速特性：

式中R=Rs+Rl+Rpa為電樞回路總電阻，Ce為電勢常數(shù)，U為電動機外加電壓。

轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖2所示。

串勵式電動機在輸出轉(zhuǎn)矩較大時，電樞電流較大，電動機轉(zhuǎn)速隨電流的增加而急劇下降；反之，在輸出轉(zhuǎn)矩較小時，電動機轉(zhuǎn)速又隨電樞電流的減小而很快上升。串勵式電動機具有輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低的特性，對保證起動安全可靠是非常有利的，是汽車上采用串勵式起動機的又一重要原因。

1.3 功率特性

起動機的功率P（KW）可以由下式確定：

式中，M——起動機輸出轉(zhuǎn)矩（N·m），n——起動機的轉(zhuǎn)速（r/min）

電動機完全制動時，轉(zhuǎn)速和輸出功率為零，轉(zhuǎn)矩達到最大值?？蛰d時電流最小，轉(zhuǎn)速最大，輸出功率也為零。當電樞電流接近制動電流一半時，電動機輸出功率最大。功率特性圖如圖3所示。

2 運行特性曲線影響因素

電動機的運行特性曲線是在一定溫度下，配用一定容量和充電狀態(tài)的蓄電池及起動電路電阻不變的條件下得出的。如果這些條件變化，其特性曲線就會發(fā)生變化。具體表現(xiàn)在：（1）環(huán)境溫度的影響：一方面溫度降低導致蓄電池內(nèi)阻增加，容量下降，雖然低溫時連接導線的電阻及起動機內(nèi)阻相對減小，但遠小于蓄電池內(nèi)阻增加的數(shù)量，因此低溫時起動機輸出功率大量減小。（2）蓄電池的容量及充電狀況： 作為起動機的工作電源，蓄電池容量越大，充電越足，內(nèi)阻越小，供給起動機的電流越大，起動機的輸出功率、轉(zhuǎn)速、起動轉(zhuǎn)矩均增大。（3）起動電路電阻：起動電路電阻包括電動機內(nèi)部電阻（磁場繞組、電樞繞組和電刷接觸電阻）、連接導線電阻以及導線連接處的接觸電阻。電路電阻越大，起動機的輸出功率，轉(zhuǎn)速和制動力矩都會降低。

［1］曲金玉，崔振.汽車電器與電子技術［M］.北京：北京大學出版社，47-51.

［2］陳明德，魏美琪.），，（NMIf直流電動機特性研究［K］.

［3］《直流串勵電動機的機械特性［J/OL］.電氣自動化技術網(wǎng)，2013年6月.