华中科技大学：《机电传动控制》课程教学资源（PPT课件）第三章 直流电机的工作原理及特性（3.3）直流他励电动机的启动特性

3.3直流他励电动机的启动特性 、启动特性 电动机的启动就是施电于电动机,使电动机转子转动起来,达 到要求转速的这一过程。 对直流电动机而言,在未启动之前=0,E=0,而R2一般很小。 当将电动机直接接入电网并施加额定电压时,启动电流为: st=un /ra 这个电流很大,一般情况下能达到其额定电流的(10~20)倍。 过大的启动电流危害很大 (1)对电动机本身的影响: ·使电动机在换向过程中产生危险的火花,烧坏整流子; 过大的电枢电流产生过大的电动应力,可能引起绕组的损坏;

3．3 直流他励电动机的启动特性 一、启动特性 电动机的启动就是施电于电动机，使电动机转子转动起来，达 到要求转速的这一过程。 对直流电动机而言，在未启动之前n=0 , E=0, 而Ra一般很小。 当将电动机直接接入电网并施加额定电压时，启动电流为： st N a I = U / R 这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（10～20）倍。 过大的启动电流危害很大： （1） 对电动机本身的影响： • 使电动机在换向过程中产生危险的火花，烧坏整流子； • 过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引起绕组的损坏；

(2)对机械系统的影响: 与启动电流成正比例的启动转矩使运动系统的动态转矩很大, 过大的动态转矩会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲 击,使机械传动部件损坏; (3)对供电电网的影响: 过大的启动电流将使保护装置动作,切断电源造成事故,或者 引起电网电压的下降,影响其他负载的正常运行。 因此,直流电动机是不允许直接启动的,即在启动时必须设法 限制电枢电流,例如普通的Z2型直流电动机,规定电枢的瞬时电流 不得大于额定电流的15~2倍

（2） 对机械系统的影响： 与启动电流成正比例的启动转矩使运动系统的动态转矩很大， 过大的动态转矩会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲 击，使机械传动部件损坏； （3）对供电电网的影响： 过大的启动电流将使保护装置动作，切断电源造成事故，或者 引起电网电压的下降，影响其他负载的正常运行。 因此，直流电动机是不允许直接启动的，即在启动时必须设法 限制电枢电流，例如普通的Z2型直流电动机，规定电枢的瞬时电流 不得大于额定电流的1.5～2倍

启动方法 限制直流电动机的启动电流,一般有降压启动和电枢回路串电 阻启动两种方式。 1.降压启动: 所谓降压启动即在启动瞬间,降低供电电源电压,随着转速的 升高,反电势增大,再逐步提高供电电压,最后达到额定电压时, 电动机达到所要求的转速。 2.电枢回路串电阻启动 启动时,电枢回路串接启动电阻R,此时启动电流 I=UN(Rn+R将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高,反电 势增大,再逐步切除外加电阻直到全部切除,电动机达到所要求的 转速

二、启动方法 限制直流电动机的启动电流，一般有降压启动和电枢回路串电 阻启动两种方式。 1. 降压启动： 所谓降压启动即在启动瞬间，降低供电电源电压，随着转速的 升高，反电势增大，再逐步提高供电电压，最后达到额定电压时， 电动机达到所要求的转速。 2. 电枢回路串电阻启动 启动时，电枢回路串接启动电阻Rst,此时启动电流 Ist =UN/(Ra+Rst)将受外加启动电阻的限制。随着转速的升高，反电 势增大，再逐步切除外加电阻直到全部切除，电动机达到所要求的 转速

电枢回路串电阻启动时电动机电枢电路和启动特性如图所示: + C N KM b 直线1为电动机电枢回路串接启动电阻时的机械特性,直线2 为电动机的固有机械特性。启动电阻的大小就是保证启动电流为 额定值的两倍

电枢回路串电阻启动时电动机电枢电路和启动特性如图所示： 直线1为电动机电枢回路串接启动电阻时的机械特性，直线2 为电动机的固有机械特性。启动电阻的大小就是保证启动电流为 额定值的两倍

n R + C N KM 71 电枢回路接入电网时,KM断开,电动机工作在特性1上,在动 态转矩的作用下,电动机速度上升。当速度上升到a点时,KM闭合 电动机的机械特性变为2。由于在切换电阻的瞬间,机械惯性的作 用使电动机的转速不能突变,在此瞬间速度维持不变,即电动机的 工作点从a点切换到b点,在动态转矩的作用下,电动机的速度继续 上升直到稳定点cc3-3swf

电枢回路接入电网时，KM断开，电动机工作在特性1上，在动 态转矩的作用下，电动机速度上升。当速度上升到a点时，KM闭合， 电动机的机械特性变为2。由于在切换电阻的瞬间，机械惯性的作 用使电动机的转速不能突变，在此瞬间速度维持不变，即电动机的 工作点从a点切换到b点，在动态转矩的作用下，电动机的速度继续 上升直到稳定点c。c3-3.swf

从图中不难看出:当电动机的工作点从a点切换到b点时,冲击 电流仍很大,为了解决这种现象,通常采用逐级切除启动电阻的方 法来实现。图所示为具有三段启动电阻的原理电路和启动特性。 n U n 864 d Rad/ R KM3 Rad2 b 5 Radu 13 R KM2 T KMI R 图中 尖峰(最大)转矩;T2一换接(最小)转矩

从图中不难看出：当电动机的工作点从a点切换到b点时，冲击 电流仍很大，为了解决这种现象，通常采用逐级切除启动电阻的方 法来实现。图所示为具有三段启动电阻的原理电路和启动特性。 图中： T1 －尖峰（最大）转矩； T2 －换接（最小）转矩

d 7 RR RadI KM3 Rad2 Rad3 u KM2 T T2 T T R3 KMI 12) (1)电枢接入电网时,KMl、KM2和KM3均断开,电枢回路 串接外加电阻Ra=R1+R2+R3,此时,电动机工作在特性曲线a,在 转矩T1的作用下,转速沿曲线a上升;

(1) 电枢接入电网时，KM1、KM2和KM3均断开，电枢回路 串接外加电阻Rad3=R1+R2+R3，此时，电动机工作在特性曲线a，在 转矩 T1的作用下，转速沿曲线a上升；

E A( m ire d 7 RadI R KM3 Rad2 b 5 Radu 173 R2 KM2 KMI R 12) (2)当速度上升使工作点到达时,KM1闭合,即切除电阻R3, 此时电枢回路串外加电阻Ra2=R1+R2,电动机的机械特性变为曲线 b。由于机械惯性的作用,电动机的转速不能突变,工作点由2切换 到3,速度又沿着曲线b继续上升;

(2) 当速度上升使工作点到达2时，KM1闭合，即切除电阻R3 ， 此时电枢回路串外加电阻Rad2=R1+R2，电动机的机械特性变为曲线 b。由于机械惯性的作用，电动机的转速不能突变，工作点由2切换 到3，速度又沿着曲线b继续上升；

E A( m ire d 7 RadI R KM3 Rad2 b 5 Radu 173 R2 KM2 KMI R 12) (3)当速度上升使工作点到达4时,KM1、KM同时闭合,即 切除电阻R2、R3,此时电枢回路串外加电阻Ra1=R1,电动机的机 械特性变为曲线c。由于机械惯性的作用,电动机的转速不能突变, 工作点由4切换到5,速度又沿着曲线c继续上升;

(3) 当速度上升使工作点到达4时，KM1、KM2同时闭合，即 切除电阻 R2、R3， 此时电枢回路串外加电阻Rad1=R1，电动机的机 械特性变为曲线c。由于机械惯性的作用，电动机的转速不能突变， 工作点由4切换到5，速度又沿着曲线c继续上升；

E A( m ire d 7 RadI R KM3 Rad2 b 5 Rad3 173 R2 KM2 KMI R 12) (4)当速度上升使工作点到达6时,KM1KM2、KM3同时闭 合,即切除电阻R1、R2、R3,此时电枢回路无外加电阻,电动机 的机械特性变为固有特性曲线d,由于机械惯性的作用,电动机的 转速不能突变,工作点由6切换到7,速度又沿着曲线d继续上升直 到稳定工作点8。c3-4swf

(4) 当速度上升使工作点到达6时，KM1、KM2、KM3同时闭 合，即切除电阻R1、R2 、R3，此时电枢回路无外加电阻，电动机 的机械特性变为固有特性曲线d，由于机械惯性的作用，电动机的 转速不能突变，工作点由6切换到7，速度又沿着曲线d继续上升直 到稳定工作点8。c3-4.swf