6.1 直流电动机的类型。
市场上可购买到的电动机基本上分为四种类型：①永磁直流电机；②串励直流电机；③并励直流电机；④复励直流电机。因其电路布局和物理性质，使得每一种电机具有不同的特点。
6.1.1 永磁直流电机。
永磁直流电机，如图6.1所示，其结构与相对应的直流发电机的结构相同。永磁直流电机用于低力矩的应用场合。
当使用此种电机时，通过电刷-换向器装置，直接将电源连接到电枢导体上。磁场由安装在定子上的永磁体产生，永磁直流电机的转子是一个绕线式电枢。
该类型电机通常采用铝镍钴合金或陶瓷永磁体，而不是励磁线圈。铝镍钴合金永磁体用于大马力的应用场合。陶瓷永磁体通常用于小马力低转速的电机。
陶瓷永磁体具有较高的抗去磁能力，但磁通水平相对较低。这些磁体通常安装在电机的机壳上，并在电枢绕组插入之前进行磁化。
永磁直流电机与传统的直流电机相比有几个优点，一个优点是降低了运行成本；永磁电机的速度特性与并励直流电机的速度特性相似；永磁电机的旋转方向可以通过调换两根电源线而实现反转。
6.1.2 串励直流电机。
直流电机电枢和励磁电路的接线方式决定了电机的基本特性。每一种类型的直流电机具有与之对应类型的直流发电机相似的结构，在多数情况下，唯一的区别在于发电机是作为一个电压源，而电动机是一个机械能转换装置。
串励直流电机，如图6.2所示，其电枢和励磁电路以串联的方式连接起来。只有一条从直流电压源的电流通路。
因而，励磁线圈由大线径导线、以相对少的匝数绕制而成的，使得励磁绕组的电阻较小。施加到电机轴上电机负载的变化导致流经励磁线圈的电流发生变化。如果机械负载增加，则电流也增大。
增大的电流产生一个更强的磁场。串励电机的转速在空载下的很快与重载下的很慢之间变化。由于大电流流过励磁线圈，所以串励电机可产生大力矩输出。
串励电机多用于重载和速度调节要求低的场合。一个典型的应用是汽车启动电机。
6.1.3 并励直流电机。
并励直流电机比其它类型的直流电机应用更广。如图6.3所示，并励电机的励磁线圈与电枢以并联的形式连接到直流电源。
这种类型直流电机的励磁线圈由细径导线绕制多圈而制成，具有相对较高的电阻。由于励磁绕组是并励电机的高阻并联电路，所以，流经励磁绕组的电流较小。但是，由于磁场绕组的匝数很多，所以，仍然产生一个强大的电磁场。
绝大多数（约95%）的并励电机电流是流过电枢电路的（意味着只有约5%的电流流过励磁电路，也就是说该电流的大小变化不是很大，对磁场强度的影响就会很小）。因为励磁电流对磁场强度影响很小，所以电机转速受负载电流变化的影响很小。流过并励电机的电流关系如下所示：
il=ia+if
其中，il-是从电源流出的总电流；ia是电枢电流；if是励磁电流。
励磁电流可以通过在励磁绕组电路上串联一个可变电阻而改变，因为励磁电流很小，所以采用一个低功率的变阻箱，通过励磁电阻的改变以改变电机的转速。当励磁电阻增大时，励磁电流减小。励磁电流减小，导致电磁场强度的下降。
当磁场磁通下降是，电枢会转得更快一些，归因于磁场交互作用的减弱。这样，通过应用励磁变阻箱的方法，直流并励电机的转速可以很容易地发生变化。
并励绕线式直流电机具有非常好的速度调节特性。当负载增加时，电机转速有轻微的下降，其原因是电枢两端电压降增加。正是因为其良好的速度调节特性和易于速度控制的特点，直流并励电机通常应用于工业应用，许多类型的变速机床均由直流并励电机所驱动。
6.1.4 复励绕线式直流电机。
复励绕线式直流电机如图6.4所示，拥有两组励磁绕组，一个与电枢串联，另一个与电枢并联。此种电机结合了串励电机和并励电机的优点。
复励电机的连接方式有两种：积复励和差复励。积复励直流电机的串联和并联励磁线圈是互相增强的，而差复励直流电机的串联和并联励磁线圈是互相减弱的。
串联励磁线圈的放置位置有两种方式，一种方式称之为短并励（如图6.4所示），在这种方式中，并励励磁线圈直接跨接在电枢绕组两端；而在长并励方式中，并励励磁线圈跨接在电枢绕组和串联励磁线圈的两端（如图6.4所示）。
复励电机具有与串励电机相似的大力矩特点，同时也具有与并励电机相似的良好的速度调节特性的特点。因此，当需要大力矩和良好速度调节特性时，可以选用复励直流电机。复励直流电机的缺点是它的成本较高。
6.2 直流电机分析。
一个直流电机是一个功率流向相反的直流发电机。在直流电机中，电能被转化成机械能。基于前面的讨论，有三种类型的直流电机：
并励、积复励和串励。积复励电机前面加了一个“积”字，用以强调所串联的励磁线圈的方式确保串励磁通是增强并励磁通的。不象串励发电机那样，串励电机有着广泛地用途，尤其是在牵引类负载。
因此本书后续部分给予此种电机应有的关注。（也可以翻译成：“因此，本书后续部分给予此种电机相当的笔墨。
”）根据其等效电路、一组性能方程、一个功率流向图和磁化曲线，三种之中的任何一种直流电机的运行性能均可方便的加以描述。等效电路如图6.5所示，值得注意的是：
在这里，电枢感应电压被看作一个反电动势ea。通过添加适当的约束，我们可以得到各种理想运行模式的等效电路。例如，对于串励电机，其恰当的等效电路是将图6.
5所示等效电路中的rf去掉。
计算运行性能所需的一组方程如下所示：（式：6.1-6.4，省略）
注意最后的两个方程做了相应的修改，对以下事实做出解释：对于电动机来说，ut是施加电压或电源电压，必须等于电压降之和；同样地，线电流等于电枢电流和励磁电流之和，而不是二者之差。
功率流向图如图6.6所示，来自于电网的电能util提供了用于建立磁通的磁场能量和维持电流ia的电枢电路铜损。流过位于磁场内的电枢导体的电流导致了力矩的产生（f=bil）。
根据能量守恒定律可知：电磁功率eaia应等于twm，其中wm是稳态运行速度。从电机所产生的机械功率中去除旋转损失就是（系统的）机械输出功率。
直流电机经常被用来做一些工业上非常苛刻的工作，因为其高度的灵活性和易于控制的特点。这些优点是其他电磁能量转换装置所能比拟的。直流电机具有一个宽泛的速度控制和力矩控制，以及突出的加速和减速特性。
例如，通过接入一个合适的电枢电路电阻，在启动时，可以在不超过额定电流的情况下，得到额定转矩；还有，通过对并励励磁线圈的特殊设计，可以轻松得到超过4:1的速度调节。如果辅助以电枢电压控制，速度调节范围可达6:
1。在某些提供电枢和励磁电路直流能量的电子控制装置中，能达到的速度调节范围是40:1，不过，能够控制的电机的尺寸是有限的。
6.3 直流电动机的速度-力矩特性（机械特性）
直流电机如何对施加到电机轴上负载做出反应？直流电机自适应地向负载提供所需能量的机理是什么？这些问题的答案可以通过对性能方程组的推导而得出。
首先，我们的注意力放在并励直流电机上，但是，类似的推导思路可以应用到其它类型的直流电机上。为了我们的目标，两个相关的描述力矩和电流的方程，即：t=kt*phi*ia和xxx（6.
5式省略）。注意最后一个表达式是由式6.1替代式6.
3中的ea所得到的。当空载时，唯一所需力矩用于克服旋转损失。因为并励电机运行在恒定的磁通下，式t=kt*phi*ia（6.
2）表明：与额定值相比，只需要一个很小的电枢电流以提供那些（旋转）损失。式（6.
5）揭示了电枢电流到达所需数值的方式。在这个表达式中，ut、ra、ke和phi均为固定值，因此，转速n就是一个关键变量。对于某一瞬间，如果假设转速低于某一数值，那么式（6.
5）的分子项呈现一个较大数值，反过来使得电流ia为一个较大的值。从这一点上来说，电机做出反应来改正这一情形。大的电枢电流ia产生一个超过摩擦力和风阻的力矩，该力矩将增加转速到一个与电枢电流平衡值相对应的水平上。
换句话说，只有在转速到达这样的一个水平上--由公式（6.5）所产生的电枢电流足以克服旋转损失，加速力矩才变成零。
接下来考虑这样一个情形：当一个需要额定力矩的负载突然施加到电机转轴上。很清楚，因为在这一瞬间，电机所产生的而力矩只能够克服摩擦力和风阻，而不足以克服负载力矩，所以，电机的第一个反应是失速（速度下降）。
这样，正如式（6.5）所示的那样，电枢电流增大，反过来使得电磁力矩增大。事实上，施加力矩导致电机在某个转速下运转，此时电机的电流足以产生力矩以克服所施加的力矩和摩擦力矩。
达到所谓的功率平衡，此时，达到一个平衡条件：电磁功率eaia 等于机械功率twm。
直流电机与三相感应电机的对比表明：从施加到转轴上的负载的响应来看，两者都是速度敏感型装置。然而，一个本质的区别在于对于三相感应电机来说，所产生的力矩与电枢电流的功率因数角大小成反比。
当然，对于直流电机来说，没有类似的情形。
基于上述讨论，很明显，直流电机的速度-力矩特性曲线是一个重要的性质。图6.7所示是用于并励、复励和串励电机的速度-力矩特性的一般形状。
为了便于比较，这些曲线通过了一个共同的额定力矩和额定转速点。要理解为什么曲线的形状和相对位置会如图6.7所示，可以从式（6.
1）中得到答案，其含有速度项。对于并励直流电机来说，速度方程可以记作：
式子中的变量只有转速n和电枢电流ia。在额定输出力矩情况下，电枢电流为额定值，转速也为额定值。当负载去除后，电枢电流相应地变小，使得式（6.
6）的分子项变大，其结果是导致较高的转速。转速增高的程度取决于电枢电阻压降与端电压相比有多大，通常约为5%-10%。因而，我们可以想象出并励电机的转速变化百分比大致为这一量级。
速度变化用一个称为转速变化率的品质因数来表示，其定义如下：
当速度方程应用于积复励电机时，其形式为：
将其与并励电机的类似表达式比较可以得出两点不同：1）分子项中包含除电枢绕组之外的串励励磁绕组的电压降；2）分母项增加串励磁通量phis。假设从额定力矩和转速处开始，从式（6.
8）可以清楚地看出：当负载力矩减小为零时，分子项有一个增长，该增长大于并励电机情况下的增长，而且，与此同时，分母项有所减小，因为当转矩为零时，phis也为零。两种因素同时作用使得转速有一个大的增长。
因此，积复励电机的转速变化率大于并励电机的转速变化率。图6.7图示地描述了该信息。
串励电机的速度-力矩特性情况有很大的不同，因为它没有并励的励磁绕组。牢记：在串励电机中，磁场磁通的建立完全来自电枢电流流过串励励磁线圈。那么，据此而论，串励电机的速度方程变为：
其中表示一个新的比例因子，使得可以由电枢电流ia所代替。当额定力矩产生时，电枢电流为额定电流，因而，磁场磁通是足够的。然而，当负载力矩撤销时，电枢电流就小于额定值。
现在，由于ia出现在速度方程的分母项中，显而易见，转速会有较大的增长。事实上，如果将负载从电机轴上去除，将会导致危险的高速旋转（俗称“飞速”），因为电枢电流很小。在如此高速旋转下，离心力能够轻易地损坏电枢绕组，正是因为这个原因，串励电机绝对不允许空载运行（或很轻的负载运行）。
（通常规定：串励电动机与生产机械相连时，不允许采用皮带等容易发生滑脱的传动机构，而应采用齿轮或直接联轴器来拖动）
专业英语 2第7章 参考译文
第七章电机控制系统。前面章节主要讨论了电机的类型和结构特点。本章将概述几种用于电机的功率控制系统。7.1 控制符号。熟悉那些通常应用于电机控制系统的电气符号是很有必要的，一些常用的电机控制符号如图7.1所示。7.2 用开关来控制电机 电机的开关控制 电机控制的一个重要类型是通过开关器件来控制。许多类...
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