一、他励直流电动机的起动、调速、反转与制动
（一）他励直流电动机的起动
电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。电动机在起动瞬间（n=0）的电磁转矩称为起动转矩Tst，起动瞬间的电枢电流称为起动电流Ist。起动转矩为
Tst=CT
Ist （1—58）
如果他励直流电动机在额定电压下直接起动，由于起动瞬间n=0， Ea=0，故起动电流为
Ist= 
（1—59）
因为电枢电阻Ra很小，所以，直接起动电流将达到很大的数值，通常可达到（10~20）IN。过大的起动电流会引起电网电压下降，影响电网上其他用户；使电动机的换向严重恶化，甚至会烧坏电动机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除了个别容量很小的电动机外，一般直流电动机是不允许直接起动的。
对直流电动机的起动，一般有如下要求：
（1）要有足够大的起动转矩。
（2）起动电流要限制在一定的范围内。
（3）起动设备要简单、可靠。
为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻起动或降低电枢电压起动。无论采用哪种起动方法，起动时都应保证电动机的磁通达到最大值。这是因为在同样的电流下，大则Tst大；而在同样的转矩下，大则Ist可以小一些。
1．电枢回路串电阻起动
电动机起动前，应使励磁回路调节电阻Rst=0，这样励磁电流If最大，使磁通最大。电枢回路串接起动电阻Rst，在额定电压下的起动电流为
（1—60）
式中，Rst值应使Ist不大于允许值。对于普通直流电动机，一般要求Ist≦（1.5~2）IN。
在起动电流产生的起动转矩作用下，电动机开始转动并逐渐加速，随着转速的升高，电枢电动势（反电动势）Ea逐渐增大，使电枢电流逐渐减小，这样转速的上升就逐渐缓慢下来。为了缩短起动时间，保持电动机在起动过程中的加速不变，就要求在起动过程中电枢电流维持不变，因此随着电动机转速的升高,应将起动电阻平滑地切除，最后使电动机转速达到运行值。
实际上，平滑地切除电阻是不可能的，一般是在电阻回路中串入多级(通常是2~5级)电阻，在起动过程中逐级加以切除。起动电阻的级数越多，起动过程就越快且越平稳，但所需要的控制设备就越多，投资也越大。图1—37所示是采用三级电阻起动时电动机的电路原理图及其机械特性。
图1—37 他励直流电动机三级电阻起动
起动开始时，接触器的触点S闭合，而S1、S2、S3断开，如图1—37（a）所示，额定电压加在电枢回路总电阻R3（R3=Ra+Rst1+Rst2+Rst3）上，起动电流为I1= 
，此时起动电流I1和起动转矩T1均达到最大值（通常取额定值的二倍左右）。接入全部起动电阻时的人为特性如图1—37（b）中的曲线1所示。起动瞬间对应的a点，因为起动转矩T1大于负载转矩TL，所以电动机开始加速，电动势Ea逐渐增大，电枢电流和电磁转矩逐渐减小，工作点沿曲线1箭头方向移动。当转速升高到n1、电流降至I2、转矩减至T2（图中b点）时，触点S3闭合，切除电阻Rst3。I2称为切换电流，一般取I2=（1.1~1.2）IN，T2=（1.1~1.2）TN。切除Rst3后，电枢回路电阻减小为R2=Ra+Rst1+Rst2，与之对应的人为特性如图1—37（b）中的曲线2。在切除电阻瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，所以电动机的工作点由b点沿水平方向跃变到曲线2上的c点。选择适当的各级起动电阻，可使c点的电流仍为I1，这样电动机又处在最大转矩T1下进行加速，工作点沿曲线2箭头方向移动。当到达d点时，转速升至n2，电流又降至I2，转矩也降至T2，此时触电S2闭合，将Rst2切除，电枢回路电阻变为R1=Ra+Rst1，工作点由d点平移到人为特性曲线3上的e点。e点的电流和转矩仍为最大值，电动机又处在最大转矩T1下加速，工作点在曲线3上移动。当转速升至n3时，即在f点切除最后一级电阻Rst1后，电动机将过渡到固有特性上，并加速到h点处于稳定运行，起动过程结束。
2．降压起动
当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流便随电压的降低而正比减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，从而保证电动机按需要的加速度升速。
降压起动虽然需要专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程中能量损耗小，因而得到了广泛的应用。
（二）他励直流电动机的调速
为了提高生产效率或满足生产工艺的要求，许多生产机械在工作过程中都需要调速。例如车床切削工件时，精加工用高转速，粗加工用低转速；轧钢机在轧制不同品种和不同厚度的钢材时，也必须有不同的工作速度。
电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合起来调速。通过改变传动机构速比的方法称为机械调速；通过改变电动机参数的方法称为电气调速。本节只介绍他励直流电动机的电气调速。
改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，从而使负载工作点发生变化，转速随之变化。可见，在调速前后，电动机必然运行在不同的机械特性上。如果机械特性不变，因负载变化而引起电动机转速的改变，则不能称为调速。
根据他励直流电动机的转速公式
可知，当电枢电流Ia不变时（即在一定的负载下），只要改变电枢电压U、电枢回路串联电阻Rs及励磁磁通三者之中的任意一个量，就可改变转速n。因此，他励直流电动机具有三种调速方法：调压调速,电枢串电阻调速和调磁调速。为了评价各种调速方法的优缺点，对调速方法提出了一定的技术经济指标，称为调速指标。下面先对调速指标做一介绍，然后讨论他励电动机的三种调速方法及其与负载类型的配合问题。
1．评价调速的指标
评价调速性能好坏的指标由以下四个方面
（1）调速范围
调速范围是指电动机在额定负载下可能运行的最高转速
与最低转速
之比，通常又用D表示，即
不同的生产机械对电动机的调速范围有不同的要求。要扩大调速范围，必须尽可能地提高电动机的最高转速和降低电动机的最低转速。电动机的最高转速受电动机的机械强度、换向条件、电压等级等方面的限制，而最低转速则受到低速运行时转速的相对稳定性的限制。
（2）静差率（相对稳定性）
转速的相对稳定性是指负载变化时，转速变化的程度。转速变化小，其相对稳定性好。转速的相对稳定性用静差率
表示。当电动机在某一机械特性上运行时，由理想空载增加到额定负载，电动机的转速降落
与理想空载转速n0之比，就称为静差率，用百分数表示为：
显然，电动机的机械特性越硬，其静差率越小，转速的相对稳定性就越高。但是静差率的大小不仅仅是由机械特性的硬度决定的，还与理想空载转速的大小有关。
静差率与调速范围两个指标是相互制约的，设图1—38中曲线1和曲线4为电动机最高转速和最低转速时的机械特性，则电动机的范围D与最低转速是的静差率
关系如下：
式中，
为最低转速机械特性上的转速降；为最低转速时的静差率，即系统的最大静差率。
图1—38 不同机械特性的静差率
由式（1—64）可知，若对静差率这一指标要求过高，即值越小，则调速范围D就越小；反之，若要求调速范围D越大，则静差率也越大，转速的相对稳定性越差。
不同的生产机械，对静差率的要求不同，普通车床要求
，而高精度的造纸机则要求
。保证一定静差率指标的前提下，要扩大调速范围，就必须减小转速降落。
（3）调速的平滑性
（4）调速的经济性
主要指调速设备的投资、运行效率及维修费用等。
2．调速方法
（1）电枢回路串电阻调速
电枢回路串电阻调速的原理及调速过程可用图1—39说明。设电动机拖动恒转矩负载TL在固有特性上A点运行，其转速为nN。若电枢回路串入电阻Rs1，则达到新的稳态后，工作点变为人为特性上的B点，转速下降到n1。从图中可以看出，串入的电阻值越大，稳态转速就越低。
现以转速由nN降至n1为例，说明其调速过程。电动机原来在A点稳定运行时，Tem=TL，n=nN,当串入Rs1后，电动机的机械特性变为直线n0B，因串电阻瞬间转速不突变，故Ea不突变，于是Ia及Tem突变减小，工作点平移到A/点。在A/点，Tem<TL,所以电动机开始减速，随着n的减小，Ea减小，Ia及Tem增大，即工作点沿A/B方向移动，当到达B点时，Tem=TL，达到了新的平衡，电动机便在n1转速下稳定运行。调速过程中转速n和电流ia(或Tem)随时间的变化规律如图1—40所示。
图1—39 电枢串电阻调速 图1—40 恒转矩负载时电枢串电阻调速过程
电枢串电阻调速的优点是设备简单，操作方便；缺点是：
（1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差。
（2）低速是特性曲线斜率大，静差率大，所以转速的相对稳定性差。
（3）轻载时调速范围小，额定负载时调速范围一般为D≤2。
（4）如果负载转矩保持不变，则调速前和调速后因磁通不变而使电动机的Tem和Ia不变，输入功率（P1=UNIa）也不变，但输出功率（
）却随转速的下降而减小，减小的部分被串联的电阻消耗掉了，所以损耗较大，效率较低。而且转速越低，所串电阻越大，损耗越大，效率越低，所以这种调速方法是不太经济的。
因此，电枢串电阻调速多用于对调速性能要求不高的生产机械上，如起重机、电车等。
（2）降低电源电压调速
电动机的工作电压不允许超过额定电压，因此电枢电压只能在额定电压以下进行调节。降低电源电压调速的原理及调速过程可用图1—41说明。
图1—41 降低电压调速
设电动机拖动恒转矩负载TL在固有特性上A点运行，其转速为nN。若电源电压由UN下降至U1，则达到新的稳态后，工作点将移到对应人为特性曲线上的B点，其转速下降为n1。从图中可以看出，电压越低，稳态转速也越低。
转速由nN下降至n1的调速过程如下：电动机原来在A点稳定运行时，Tem=TL，n=nN。当电压降至U1后，电动机的机械特性变为直线n01B。在降压瞬间，转速n不突变，Ea不突变，所以Ia和Tem突变减小，工作点平移到A/点。在A/点，Tem<TL，电动机开始减速，随着n减小，Ea减小，Ia和Tem增大，工作点沿A/B方向移动，到达B点时，达到了新的平衡：Tem=TL，此时电动机便在较低转速n1下稳定运行。降压调速过程与电枢串电阻调速过程类似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间的变化曲线也与图1—40类似。
降压调速的优点是：
（1）电源电压能够平衡调节，可以实现无级调速；
（2）调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；
（3）无论轻载还是重载，调速范围相同，一般可达D=2.5~12；
（4）电能损耗较小。
降压调速的缺点是，需要一套电压可连续调节的直流电源。早期常采用发电机-电动机系统，简称G—M系统，如图1—42所示。图中交流电动机作为直流发电机G2及直流励磁机G1的驱动电机。调节G2的励磁电流IfG,可以改变G2发出的电压，从而实现对直流电动机M的调压调速。通过图中的双向开关可以改变IfG的方向，从而改变G2输出电压的极性，以实现对直流电动机的正反转控制。此外，调节直流电动机励磁回路的电阻，可以实现对直流电动机的调磁调速。
这种系统的性能较为优越，但设备多、投资大。目前，这种系统已被晶闸管—电动机系统（简称SCR—M系统）取代，SCR—M系统如图1—43所示。调压调速多用在对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、造纸机等。
图1—42 G—M系统示意图 图1—43 SCR—M系统示意图
（3）减弱磁通调速
额定运行的电动机，其磁路已基本饱和，即使励磁电流增加很多，磁通也增加很少，从电动机的性能考虑也不允许磁路过饱和。因此，改变磁通只能从额定值往下调，调节磁通调速即是弱磁调速，其调速原理及调速过程可用图1—44说明。
设电动机拖动恒转矩负载TL在固有特性曲线上A点运行，其转速为nN。若磁通由
，则达到新的稳态后，工作点将移到对应认为特性上的B点，其转速上升为n1。从图中可见，磁通越少，稳态转速将越高。
转速由nN上升到n1的调速过程如下：电动机原来在A点稳定运行时，Tem=TL，n=nN。当磁通减弱到
后，电动机的机械特性变为直线n01B。在磁通减弱的瞬间，转速n不突变，电动势Ea随着
而减小，于是电枢电流Ia增大。尽管减小，但Ia增大很多，所以电磁转矩Tem还是增大的，因此工作点移到A/点。在A/点，Tem>TL，电动机开始加速，随着n上升，Ea增大，Ia和Tem减小，工作点沿A/B方向移动，到达B点时，Tem=TL，出现了新的平衡，此时电动机便在较高的转速n1下稳定运行。调速过程中电枢电流和转速随时间的变化规律如图1—45所示。
图1—44 减弱磁通调速 图1—45 恒转矩负载时弱磁通调速过程
对于恒转矩负载，调速前后电动机的电磁转矩不变，因为磁通减小，所以调速后的稳态电枢电流大于调速前的电枢电流，这一点与前两种调速方法不同。当忽略电枢反应影响和较小的电阻压降RaIa的变化时，可近似认为转速与磁通成反比变化。
弱磁调速的优点：由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，而且调速平滑性好。虽然弱磁升速后电枢电流增大，电动机的输入功率增大，但由于转速升高，输出功率也增大，电动机的效率基本不变，因此弱磁调速的经济性是比较好的。
弱磁调速的缺点：机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电机换向能力和机械强度的限制，因此升速范围不可能很大，一般D≤2。
为了扩大调速范围，常常把降压和弱磁两种调速方法结合起来。在额定转速以下采用降压调速，在额定转速以上采用弱磁调速。
（三）他励直流电动机的反转
许多生产机械要求电动机作正、反转运行，如起重机的升、降，龙门刨床的前进与后退等。直流电动机的转向是由电枢电流方向和主磁场方向确定的，要改变其转向，一是改变电枢电流的方向，二是改变励磁电流的方向。如果同时改变电枢电流和励磁电流的方向，则电动机的转向不会改变。
（四）他励直流电动机的制动
根据电磁转矩Tem和转速n方向之间的关系，可以把电机分为两种运行状态。当Tem与n方向相同时，称为电动运行状态，简称电动状态；当Tem与n方向相反时，称为制动运行状态，简称制动状态。电动状态时，电磁转矩为驱动转矩，电机将电能转换成机械能；制动状态时，电磁转矩为制动转矩，电机将机械能转换成电能。
在电力拖动系统中，电动机经常需要工作在制动状态。例如，许多生产机械工作时，往往需要快速停车或者有高速运行迅速转为低速运行，这就要求电动机进行制动。因此，电动机的制动运行也是十分重要的。
他励直流电动机的制动有能耗制动、反接制动和回馈制动三种方式，下面分别加以介绍。
1．能耗制动
图1—46是能耗制动的接线图。开关S接电源侧为电动状态运行，此时电枢电流Ia、电枢电动式Ea、转速n及驱动性质的电磁转矩Tem的方向如图所示。当需要制动时，将开关S投向制动电阻RB上，电动机便进入能耗制动状态。
初始制动时，因为磁通保持不变、电枢存在惯性，其转速n不能马上降为零，而是保持原来的方向旋转，于是n和Ea的方向均不改变。但是，由Ea在闭合的回路内产生的电枢电流IaB却与电动状态时电枢电流Ia的方向相反，由此而产生的电磁转矩TemB也与电动状态时Tem的方向相反，变为制动转矩，于是电机处于制动运行。制动运行时，电机靠生产机械惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，并消耗在电阻上，直到电机停止转动为止，所以这种制动方式称为能耗制动。
图1—46 能耗制动接线图
图1—47 能耗制动时的机械特性
能耗制动时，电机工作点的变化情况可用机械特性曲线说明。设制动前工作点在固有特性曲线A点处，其n>0，Tem>0，Tem为驱动转矩。开始制动时，因n不突变，工作点将沿水平方向跃变到能耗制动特性曲线上的B点。在B点，n>0，Tem<0，电磁转矩为制动转矩，于是电动机开始减速，工作点沿BO方向移动。
若电动机拖动反抗性负载，则工作点到达O点时，n=0，Tem=0，电机便停转。
若电机拖动位能性负载，则工作点到达O点时，虽然n=0，Tem=0，但在位能负载的作用下，电机反转并加速，工作点将沿曲线OC方向移动。此时Ea的方向随n的反向而反向，即n和Ea的方向均与电动状态时相反，而Ea产生的Ia方向却与电动状态时相同，随之Tem的方向也与电动状态时相同，即n<0, Tem>0，电磁转矩仍为制动转矩。随着反向转速的增加，制动转矩也不断增大，当制动转矩与负载转矩平衡时，电机便在某一转速下处于稳定的制动状态运行，即匀速下放重物，如图1—47中的C点。
改变制动电阻RB的大小，可以改变能耗制动特性曲线的斜率，从而可以改变起始制动转矩的大小以及下放位能负载时的稳定速度。RB越小，特性曲线的斜率越小，起始制动转矩越大，而下放位能负载的速度越小。减小制动电阻，可以增大制动转矩，缩短制动时间，提高工作效率。但制动电阻太小，将会造成制动电流过大，通常限制最大制动电流不超过2~2.5倍的额定电流。选择制动电阻的原则是
能耗制动操作简单，但随着转速的下降，电动势减小，制动电流和制动转矩也随之减小，制动效果变差。若为了使电机能更快地停转，可以在转速到一定程度时，切除一部分制动电阻，使制动转矩增大，从而加强制动作用。
[例2] 一台他励直流电动机的铭牌数据为PN=10kW，UN=220V，IN=53A, nN=1000r/min，Ra=0.3Ω，电枢电流最大允许值为2IN。(1)电动机在额定状态下进行能耗制动，求电枢回路应串接的制动电阻值。（2）用此电动机拖动起重机，在能耗制动状态下以300 r/min的转速下放重物，电枢电流为额定值，求电枢回路应串入多大的制动电阻
[解] （1）制动前电枢电动势为
应串入的制动电阻值为
（2）因为励磁保持不变，则
下放重物时，转速为n=−300r/min，由能耗制动的机械特性
2．反接制动
反接制动分为电压反接制动和倒拉反接制动两种。
（1）电压反接制动
电压反接制动时的接线图如图1—48所示。开关S投向“电动”侧时，电枢接正极性的电源电压，此时电机处于电动状态运行。进行制动时，开关S投向“制动”侧，此时电枢回路串入制动电阻RB后，接上极性相反的电源电压，即电枢电压由原来的正值变为负值。此时，在电枢回路内，U与Ea顺向串联，共同产生很大的反向电流：
反向的电枢电流IaB产生很大的反向电磁转矩TemB，从而产生很强的制动作用，这就是电压反接制动。
电动状态时，电枢电流的大小由UN与Ea之差决定，而反接制动时，电枢电流的大小由UN与Ea之和决定，因此反接制动时电枢电流是非常大的。为了限制过大的电枢电流，反接制动时必须在电枢回路中串接制动电阻RB。RB的大小应反接制动时电枢电流不超过电动机的最大允许值Imax=(2~2.5)IN,因此应串入的制动电阻值为
可见，其特性曲线是一条通过−n0点，斜率为
的直线，如图1—49中线段BC所示。
电压反接制动时电机工作点的变化情况可用图1—48说明如下：设电动机原来工作在固有特性上的A点，反接制动时，由于转速不突变，工作点沿水平方向跃变到反接制动特性上的B点，之后在制动转矩作用下，转速开始下降，工作点沿BC方向移动，当到达C点时，制动过程结束。在C点，n=0,但制动的电磁转矩TemB=TC≠0，如果负载是反抗性负载，且
时，电动机便停止不转。如果
时，这时在反向转矩作用下，电动机将反向起动，并沿特性曲线加速到D点，进入反向电动状态下稳定运行。当制动的目的就是为了停车时，那么在电机转速接近于零时，必须立即断开电源。
反接制动过程中（图1—49中BC段），U、Ia、Tem均为负，而n、Ea为正。输入功率P1= U Ia>0，表明电机从电源输入电功率；输出功率
，表明轴上输入的机械功率转变成电枢回路的电功率。由此可见，反接制动时，从电源输入的电功率和从轴上输入的机械功率转变成的电功率一起全部消失在电枢回路的电阻（Ra+RB）上，其能量损耗是很大的。
图1—48 电压反接制动接线图 图1—49 电压反接制动时的机械特性
（2）倒拉反转反接制动
倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载。现以起重机下放重物为例来说明。
图1—50（a）所示为正向电动状态（提升重物）时电动机的各物理量方向，此时电动机工作在固有特性[图1—50（c）]上的A点。如果在电枢回路中串入一个较大的电阻RB，便可实现倒拉反转反接制动。串入RB将得到一条斜率较大的人为特性，如图1—50（c）中的直线n0D所示，制动过程如下：串电阻瞬间，因转速不能突变，所以工作点由固有特性上的A点沿水平跳跃到人为特性上的B点，此时电磁转矩TB小于负载转矩TL，于是电机开始减速，工作点沿人为特性由B点向C点变化，到达C点时，n=0,电磁转矩为堵转转矩TK，因TK仍小于负载转矩TL，所以在重物的重力作用下电机将反向旋转，即下放重物。因为励磁不变，所以Ea随n的方向而改变方向，由图1—50（b）所示可以看出Ia的方向不变，故Tem的方向也不变。这样，电机反转后，电磁转矩为制动转矩，电机处于制动状态，如图1—50（c）中的CD段所示。随着电机反向转速的增加，Ea增大，电枢电流Ia和制动的电磁转矩Tem也相应增大，当到达D点时，电磁转矩与负载转矩平衡，电机便以稳定的转速匀速下放重物。若电机串入RB越大，最后稳定的转速越高，下放重物的速度也越快。
电枢回路串入较大的电阻后，电机能出现反转制动运行，主要是位能负载的倒拉作用，又因为此时的Ea与U也顺向串联，共同产生电枢电流，这一点与电压反接制动相似，因此把这种制动称为倒拉反转反接制动。
倒拉反转反接制动时的机械特性方程式就是电动状态时电枢串联电阻的人为特性方程式，只不过此
图1—50 倒拉反转反接制动
时电枢串入的电阻值较大，使得n<0。因此，倒拉反转反接制动特性曲线是电动状态电枢串电阻人为特性在第四象限的延伸部分。倒拉反转反接制动时的能量关系和电压反接制动时相同。
3．回馈制动
电动状态下运行的电动机，在某种条件下（如电动机拖动的机车下坡时）会出现运行转速n高于理想空载转速n0的情况，此时Ea>U，电枢电流反向，电磁转矩的方向也随之改变：由驱动转矩变成制动转矩。从能量传递方向看，电机处于发电状态，将机车下坡时失去的位能变成电能回馈给电网，因此这种状态称为回馈制动状态。
回馈制动时的机械特性方程式与电动状态时相同，只是运行在特性曲线上不同的区段而已。当电动机拖动机车下坡出现回馈制动时，其机械特性位于第二象限，如图1—51中的n0A段。当电动机拖动起重机下放重物出现回馈制动时，其机械特性位于第四象限，如图1—51中的−n0B段。图1—51中的A点是电机处于正向回馈制动稳定运行点，表示机车以恒定的速度下坡。图1—51中的B点是电机处于正向回馈制动稳定运行点，表示重物匀速下放。
除以上两种回馈制动稳定运行外，还有一种发生在动态过程中的回馈制动过程。如降低电枢电压的调速过程和弱磁状态下增磁调速过程中都将出现回馈制动过程，下面对这两种情况进行说明。
图1—51 回馈制动机械特性
在图1—52中，A点时电动状态运行工作点，对应电压为U1，转速为nA。当进行降压（U1降为U2）调速时，因转速不突变，工作点由A点平移到B点，此后工作点在降压人为特性的Bn02段上变化过程即为回馈制动过程，它起到了加快电机的减速作用，当转速到n02时，制动过程结束。从n02降到C点转速nc为电动状态减速过程。
在图1—53中，磁通由
增大到
时，工作点的变化情况与图1—52相同，其工作点在Bn02段上变化时也为回馈制动过程。
图1—52 降压调速时产生回馈制动 图1—53 增磁调速时产生回馈制动
回馈制动时，由于有功率回馈到电网，因此与能耗制动和反接制动相比，回馈制动是比较经济的。
二、串励直流电动机的起动、调速、反转与制动
（一）串励电动机的起动、调速和反转
为了限制起动电流，串励电动机的起动方法与他励电动机一样，也是采用电枢串电阻起动和降低电源电压起动。由于Tem与
成正比，所以串励电动机的起动转矩较大，适用于重载起动的生产机械上，例如起重、运输设备等。
串励电动机的调速也是采用电枢串电阻、降压和弱磁三种调速方法。其中电枢串电阻调速比较常用，弱磁调速用得较少。
串励电动机的反转方法与他励电动机一样。
（二）串励电动机的制动
对于串励电动机，若不考虑剩磁，只有n趋于无穷大时，才能出现Ea= U，要使Ea＞U，显然无法实现。虽然电机中存在少量的剩磁，但要使Ea＞U，转速将高达不能允许的数值，故串励电动机不存在回馈制动状态。串励电动机只有能耗制动和反接制动两种制动方法，下面分别进行分析。
1．能耗制动
串励电动机的能耗制动分为他励式和自励式两种。
他励式能耗制动是把励磁绕组由串励型式改接成他励型式，即把励磁绕组单独接到电源上，电枢绕组外接制动电阻RB后形成闭路，如图1—54( a )所示。由于串励电动机的励磁绕组电阻Rf很小，如果采用原来的电源，因电压较高，则必须在励磁回路中串入一个较大的限流电阻Rsf。此外还必须保持励磁电流If的方向与电动状态时相同，否则不能产生制动转矩（因Ia已反向）。他励式能耗制动时的机械特性为一直线，如图1—54（b）中直线BC所示，其制动过程与他励电动机的能耗制动完全相同。他励式能耗制的效果好，应用较广泛。
图1—54 串励电动机的他励式能耗制动
自励式能耗制动时，电枢回路脱离电源后，通过制动电阻形成闭路，但为了实现制动，必须同时改接串励绕组，以保证励磁电流的方向不变，如图1—55（a）所示。自励式能耗制动时的机械特性如图1—55（b）中曲线BO所示。由图可见，自励式能耗制动开始制动转矩较大，随着转速下降，电枢电动势和电流也下降，同时磁通也减小，从公式Tem=CTΦIa可见，制动转矩下降很快，制动效果变弱，所以制动时间较长且制动不平稳。由于这种制动方式不需要电源，因此主要用于事故停车。
图1—55 串励电动机的自励式能耗制动
2．反接制动
串励电动机的反接制动也有电压反接制动和倒拉反转反接制动两种。
串励电动机进行电压反接制动时，并不是将电源电压反接，因为这样将会造成Ia和If同时改变方向，电磁转矩方向不变，起不到制动作用。因此，只能将电枢两端反接，而励磁绕组的接法不变，如图1—56（a）所示。为了限制过大的制动电流，还应串入制动电阻RB。其机械特性如图1—56（b）中曲线BC所示。图中A点是正向电动工作点，B点是制动起始点,减速时，工作点由B点沿特性曲线向C点移动，到达C点时，转速为零。若要停车，应断开电源，否则电动机将反向起动并加速到D点，在D点处于反向电动运行。
图1—56 串励电动机的电压反接制动
串励电动机倒拉反接制动只适用于位能性负载。方法是保持电压极性不变，电枢回路串入一个较大的电阻RB，使电动机倒拉反转，其接线图和机械特性如图1—57所示。在图1—57（b）中，A点是电
图1—57 串励电动机倒拉反转反接制动
动机运行工作点，当电枢回路串入RB后，工作点移至B点，并进入制动减速运行，当工作点到达C点时，转速减至零，但由于电磁转矩小于负载转矩（Tc ＜TL），于是在位能负载倒拉下，电动机反转并加速，直到D进入反接制动状态稳定运行，匀速下放重物。
串励电动机在各种运行状态下的能量关系与他励电动机相同，这里不再赘述。
三、复励直流电动机的的起动、调速与制动
复励电动机的两个励磁绕组，分别为串励绕组和他励（或并励）绕组，若这两个绕组的磁动势方向是相同的，则称为积复励电动机。
积复励电动机的机械特性介于他励（或并励）与串励电动机之间。当他励（或并励）绕组磁动势较大而起主要作用时，机械特性接近于他励（或并励）特性；当串励绕组磁动势较大而起主要作用时，机械特性便接近于串励特性。
复励电动机既具有串励电动机的起动转矩大、过载能力强等优点，又因为有并励绕组，使得理想空载转速不至于太高，因而避免了“飞车”的危险。
复励电动的起动和调速方法与他励电动机相同。复励电动机也可进行能耗制动、反接制动和回馈制动。反接制动时的接线与串励电动机类似，而回馈制动和能耗制动时，由于电枢电流反向，串励磁动势也反向，它对并励磁动势起去磁作用，这将影响制动效果，故在这两种制动时，往往将串绕励组短接起来。