串励式直流电动机的工作特性简介

直流串励式电动机的转矩M、转速n和功率P随电枢电流变化的规律，称为直流串励式电动机的特性。图5-4所示为直流串励式电动机的特性曲线，其中曲线M、n和P分别代表转矩特性、转速特性和功率特性。

1.转矩特性

所谓转矩特性是指直流串励式电动机的电磁转矩M随电枢电流I_s的变化关系。因电枢电流与励磁电流相等，串励式电动机的电磁转矩在磁路未饱和时，与电枢电流的关系为

Φ=C_II_S

电机转矩为M=C_mФI_S=C_mC₁I²_S

式中：C₁为电动机结构（磁场）常数，与电动机的磁极对数、绕组个数、磁路结构等因素有关；C_m为电机常数，与磁极对数和绕组个数等结构有关。

图5-4　电动机的特性曲线

由上式可知，串励式电动机的电磁转矩在磁路未饱和时，与电枢电流的平方成正比。

只有在磁路饱和，Φ几乎不变时，电磁转矩才与电枢电流成直线关系，这是直流串励式电动机的一个重要特点。在相同情况下，串励式电动机的转矩要比并励式电动机的转矩大得多。特别是在发动机起动瞬间，由于阻力矩很大，起动机处于完全制动状态（图5-4的曲线M），n=0，反电动势E_f=0，电枢电流达最大值，产生特别大的转矩（M与I²_s成正比），称为制动转矩，从而使发动机易于起动。这是汽车起动机采用直流串励式电动机的主要原因。

2.转速特性

直流串励式电动机的转速n随电枢电流I_s的变化关系称为转速特性。根据基尔霍夫第二定律有，蓄电池的E_X与电动机反电动势E_f的代数和等于磁场绕组和电枢绕组的电压降、连接导线电压降、蓄电池内阻电压降及电刷接触电阻的电压降的代数和。即

U=E_f+I_sR_s+I_sR_j因反电势为

E_f=C_mnΦ则有(www.xing528.com)

式中　U——蓄电池端电压；

E_f——电动机电枢反电动势；

R_s——电枢电阻；

R_j——励磁绕组电阻。

在磁路未饱和时，Φ与I_s成正比。当负载较小时，由于阻力矩小，电枢电流（也就是励磁电流）小，磁通与绕组压降I_s（R_s+R_j）也较小，故电动机的转速高。反之，当负载较大时转速低，即轻载时转速高，重载时转速低。这种特性通常称为软机械特性，它对起动发动机十分有利。因为重载时转速低，可使起动安全可靠，这是汽车起动机采用直流串励式电动机的又一重要原因。

注意：轻载和空载时的高转速容易使串励式电动机发生“飞车”事故。所以功率较大的串励式电动机不可在轻载或空载情况下使用。汽车起动机功率较小，但也不可在轻载或空载状态下长时间运行。

3.功率特性

所谓功率特性是指直流串励式电动机的输出功率P随电枢电流I_s的变化关系。电动机的功率可通过测量电枢轴上的转矩M和转速n确定。

即

由上式可知，电动机完全制动（n=0）时，转速和输出功率为零，转矩达到最大值。空载（M=0）电流最小，转速最大，输出功率也为零。当电枢电流接近制动电流一半时，电动机输出功率才最大，如图5-4中的曲线所示。

由于起动机运行时间很短（t<5s），所以允许以最大功率运转。通常起动机的功率就是指最大功率。生产中常通过起动机的空转和全制动试验来检查起动机是否正常。