他励电动机是什么

他励电动机是一种直流电动机，其励磁绕组与电枢绕组由两个独立的直流电源分别供电。这种设计使得励磁电流与电枢电流可以独立调节与控制，从而获得优异的调速性能和稳定的机械特性。它被广泛应用于对启动和调速性能要求较高的工业领域，如龙门刨床、轧钢机、重型机床和电力机车等。

       在工业动力系统的广阔天地里，电动机扮演着无可替代的核心角色。其中，直流电动机因其卓越的调速性能而备受青睐，而他励电动机作为直流电动机家族中的重要一员，凭借其独特的结构和控制特性，在众多高精度、高要求的应用场景中占据着关键地位。本文将深入解析他励电动机的工作原理、结构特点、性能优势、典型应用以及其与其它类型直流电动机的区别，旨在为读者呈现一幅关于这种电动机的全面而深入的图景。

       

一、 他励电动机的基本定义与核心特征

       他励电动机，顾名思义，其“励磁”方式为“他励”。在直流电动机中，“励磁”是指产生主磁通的过程，而“他励”则意味着产生主磁场的励磁绕组与产生电磁转矩的电枢绕组，分别由两个独立的直流电源供电。这是它最根本的特征，也由此决定了其一系列独特的性能。根据中国国家标准化管理委员会的相关标准，这种独立的供电方式使得励磁电流与电枢电流可以完全独立地进行调节和控制，互不干扰，从而为实现宽广、平滑的调速和稳定的运行特性奠定了基础。

       

二、 与他励相关的其他直流电动机类型

       要深刻理解他励电动机，有必要将其置于直流电动机的分类体系中进行对比。除了他励式，直流电动机根据励磁绕组与电枢绕组的连接关系，主要还包括并励、串励和复励三种类型。并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，共用同一个电源；串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，电流相同；复励电动机则同时包含并励和串励两种绕组。相比之下，他励电动机因其电路的完全独立性，在控制灵活性上具有先天优势。

       

三、 他励电动机的详细结构剖析

       从结构上看，一台典型的他励电动机主要由定子、转子以及其他辅助部件构成。定子部分包括主磁极和励磁绕组，主磁极由铁芯和套在上面的励磁线圈组成，当独立的励磁电源向励磁绕组供电时，便建立起恒定的主磁场。转子通常被称为电枢，由电枢铁芯、电枢绕组、换向器和转轴组成。电枢绕组在旋转时切割主磁场的磁力线，产生感应电动势并通过换向器与外部电枢电源构成回路。此外，还有电刷装置、机座、端盖等结构，共同确保电机可靠运行。

       

四、 深入理解其基本工作原理

       他励电动机的工作原理基于电磁感应定律和电磁力定律。当两个独立电源分别接通后，一方面，励磁电流流过励磁绕组，在气隙中建立稳定的主磁场。另一方面，电枢电流从电枢电源流入电枢绕组，处于磁场中的载流导体受到电磁力的作用。根据左手定则，这些力会产生一个驱动电枢旋转的电磁转矩。电枢一旦旋转，绕组导体又会切割磁力线产生感应电动势，这个电动势的方向与电枢电流方向相反，被称为反电动势，它是理解直流电动机机电能量转换和机械特性的关键。

       

五、 至关重要的机械特性曲线

       机械特性描述了电动机的转速与输出转矩之间的关系，这是他励电动机的核心性能指标。在他励电动机中，当励磁电流和电枢电压恒定时，其机械特性是一条略微下倾的直线，被称为“硬特性”。这意味着当负载转矩在较大范围内变化时，电动机的转速下降很小，运行非常稳定。这种硬特性正是许多精密传动和恒速运行设备所迫切需要的，也是他励电动机区别于串励电动机（软特性）的显著优点。

       

六、 无与伦比的调速性能与方法

       调速性能优越是他励电动机最突出的优点之一。得益于励磁与电枢的独立控制，主要存在三种经典的调速方法。第一，调节电枢电压调速：在额定转速以下，保持励磁电流为额定值，通过降低电枢电压来实现平滑的无级调速，此时机械特性硬度不变，调速范围宽。第二，调节励磁电流调速：在额定转速以上，保持电枢电压为额定值，通过减弱励磁磁通来升速，这种方法调速范围也较宽。第三，在电枢回路中串联电阻调速，这种方法简单但能耗大，机械特性变软，现已较少采用。

       

七、 启动过程与启动要求

       电动机从静止加速到稳定运行的过程称为启动。他励电动机在启动瞬间，转速为零，反电动势也为零，此时若直接施加额定电枢电压，由于电枢电阻很小，将产生巨大的冲击电流，可能烧毁绕组或损坏机械传动部件。因此，他励电动机严禁全压直接启动。标准的启动方法是：先施加额定励磁电流建立磁场，然后在电枢回路中串联一个启动变阻器或通过可调电源逐步升高电枢电压，以限制启动电流，待转速上升、反电动势增大后，再逐步减小启动电阻或升高电压至额定值。

       

八、 制动运行状态解析

       制动是指使电动机快速停车或限制其转速过高的运行状态。他励电动机有三种主要的电气制动方式。能耗制动：将运行中的电枢从电源断开，并立即接入一个制动电阻，电机惯性旋转产生的反电动势在电枢回路中形成电流，产生与转向相反的制动转矩，动能转化为电阻热能消耗掉。反接制动：突然改变电枢电压的极性，使电磁转矩反向成为制动转矩，制动强烈，但需注意及时断电防止反转。回馈制动：当电机转速因外力作用（如下坡）高于理想空载转速时，反电动势将高于电源电压，电机自动变为发电机向电网回馈电能，同时产生制动转矩。

       

九、 在现代工业中的典型应用场景

       正是由于上述优异的性能，他励电动机在工业领域有着广泛而重要的应用。它常见于需要宽广、平滑调速和精密位置控制的场合。例如，在重型金属切削机床（如龙门刨床、大型立式车床）中，用于驱动工作台或刀架实现往复或旋转运动；在轧钢机中，用于驱动轧辊，要求严格的转速同步和转矩控制；在卷扬机和起重设备中，要求稳定的起吊和精准的定位；在早期的电力机车和电传动内燃机车中，也曾作为牵引电机使用。此外，在实验设备、造纸机械、印刷机械等领域也可见其身影。

       

十、 与交流调速系统的竞争与共存

       随着电力电子技术和控制理论的飞速发展，交流变频调速系统在性能上已经能够媲美甚至超越传统的直流调速系统，并且在维护成本、环境适应性、功率密度等方面更具优势。这使得他励电动机在一些传统应用领域受到了冲击。然而，在某些特定场合，如特大容量、特低转速、极高控制精度的需求下，他励直流调速系统因其技术成熟、控制直观、过载能力强等特点，仍然保有一席之地。两者在当今工业中呈现一种竞争与共存、根据具体需求择优而用的格局。

       

十一、 选型时需要考虑的关键参数

       在实际工程中选择他励电动机时，需要综合考虑一系列技术参数。主要包括：额定功率，即电机长期安全运行的最大输出功率；额定电压和额定电流，指电枢和励磁绕组的供电标准值；额定转速，即在额定状态下转子旋转的速度；励磁方式与励磁电压电流；工作制，如连续工作、短时工作或断续周期性工作；防护等级，表示电机外壳防止异物和水分进入的能力；绝缘等级，决定了电机的允许温升。此外，安装方式、冷却方法等也是选型要点。

       

十二、 日常运行与维护要点

       为确保他励电动机安全、可靠、高效地运行，定期的维护保养必不可少。日常运行中应监控电枢电流和励磁电流是否正常，轴承温度和机体振动是否在允许范围内，运转声音是否平稳无异响。维护工作主要包括：定期清洁电机表面和通风道，防止灰尘油污堆积影响散热；检查电刷与换向器的接触状况，磨损严重的电刷需及时更换，保持换向器表面光滑清洁；检查轴承润滑，按周期补充或更换润滑脂；定期测量绕组绝缘电阻，防止因绝缘下降导致短路。建立完善的维护档案对预防故障至关重要。

       

十三、 常见故障分析与排除

       了解常见故障有助于快速诊断和解决问题。电机无法启动：可能原因包括电源未接通、励磁回路断开（他励电机失磁保护动作）、电枢回路断路或启动器故障。转速不正常：转速过高可能是励磁电流过小或励磁绕组短路；转速过低则可能是电枢电压偏低、电枢回路接触电阻过大或负载过重。电刷下火花过大：这是最常见的问题，原因复杂，可能涉及电刷压力不当、刷握松动、换向器表面不平、云母片突出、电刷中性位置不对或负载剧烈变化等，需要逐一排查。

       

十四、 控制系统的核心组成部分

       要充分发挥他励电动机的性能，离不开一套完善的控制系统。传统系统通常由调速发电机（提供转速反馈）、电压调节器、电流调节器、触发装置以及晶闸管可控整流电源组成，构成一个转速、电流双闭环的自动控制系统。现代控制系统则更多地采用全数字化的可编程控制器或专用运动控制器，配合高级控制算法，不仅能实现高精度的速度控制，还能实现转矩控制、位置控制等复杂功能，并具备完善的保护、监测和通信接口。

       

十五、 能效分析与节能潜力

       在能源成本日益高涨的今天，电动机的能效备受关注。他励电动机本身的效率较高，但其传统的调速方法，如在电枢回路串电阻，能耗很大。采用晶闸管相控整流或脉宽调制技术进行调压调速，可以显著降低调速过程中的能量损耗。此外，对于长期轻载运行的电机，适当降低励磁电流（弱磁运行）可以减少铁损和励磁铜损，但需注意转速上升带来的机械安全限制。对整个传动系统进行优化匹配，避免“大马拉小车”，也是重要的节能途径。

       

十六、 技术发展趋势与展望

       尽管面临交流调速技术的挑战，他励电动机及其控制技术本身也在不断发展。趋势之一是控制器的全数字化和智能化，集成自诊断、参数自整定、网络化监控等功能。趋势之二是与新型永磁材料、高性能绝缘材料、低损耗硅钢片等结合，提升电机的功率密度、效率和可靠性。趋势之三是在一些特殊领域，如大型实验装置、高端军工装备、以及作为飞轮储能等特殊系统的执行电机，其不可替代性依然存在。未来，它更可能朝着专业化、高性能化的细分市场深入发展。

       

十七、 一个简化的设计考量示例

       为了更具体地理解，我们可以设想一个简化的设计场景：需要为一台中型龙门铣床的工作台进给系统选择驱动电机。工作台要求调速范围宽（比如一比二十），在低速切削时能输出稳定的转矩以保证加工光洁度，启停频繁且需要精确的位置控制。基于这些要求，他励电动机的硬机械特性和优异的调速性能使其成为强有力的候选。设计时，需要根据最大负载力矩和最高转速计算所需功率，选择电机的额定值；根据调速范围决定采用调压调速还是调压与弱磁结合；并根据定位精度要求，为其配备高分辨率的光电编码器和相应的位置闭环控制器。

       

十八、 总结与认知升华

       综上所述，他励电动机绝非一个陈旧或过时的技术概念。它是电磁学理论与工程实践完美结合的典范之一，其核心价值在于通过励磁与电枢的独立控制，实现了对转矩和转速的灵活、精确调控。从重型工业装备到精密实验仪器，它曾驱动并仍在驱动着现代工业的许多关键环节。理解他励电动机，不仅是掌握一种电机的工作原理，更是理解一种经典而有效的控制思想。在技术飞速迭代的今天，深入理解诸如他励电动机这样的基础元件，对于构建扎实的工程知识体系、辩证地看待新旧技术更替，具有深远的意义。

       

       通过以上十八个方面的层层剖析，我们得以全方位地认识他励电动机这一重要的工业动力装置。从基本定义到结构原理，从性能特点到应用维护，从传统控制到现代发展，希望这篇文章能为您提供一个清晰、深入且实用的知识框架，在您面对相关的技术选择、设备维护或理论学习时，能够起到切实的参考和启发作用。