直流电机测验题
一台并励直流电动机，铭牌数据如下：P N =3.5kW, U=220V , I N =20A , n N =1000r/min ，电枢回路电阻
U=2V
励磁回路电阻R=440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流10=2A ,试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。
二、一台他励直流电动机数据为：
P N =7.5kW, U=110V, I N =79.84A , n N =1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q,求：1）
U=U,①=O N 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%负载转矩为 T N 不变时，电动机电 枢电流与转速是多少？（ 3） U=U ,
①=O N 条件下，负载转矩为 0.8T N ,转速为（一800） r/min ，电枢回路应串入多大电阻。
三、他励直流电动机：
P N =29KW U N =440V , I N =76.2A , n N =1050rpm , R a =0.393W 。
1） 电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻R=0，求电动机的转速
2） 电动机在能耗制动状态下工作。 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的 电磁转矩；
3） 电动机在反接状态下工作。转速
n=-600rpm 时，电枢电流I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转 矩，电网供给的功率，
电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。
4） 画出电机的机械特性及其 1）、2）、3）情况下的工作点。
四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时:
（1）
在启动阶段（n a ）拖动性质， b ）制动性质， c ） 0, d ）不确定； （2） 在启动阶段（n 电功率，b ）向电网发送电功率，c ） 0, （3） 当n=n 。时，电动机的电枢电流为（ ） a ）等于0, b ）小于0, c ）大于0, d ）不确定。 （4） 当电机最后稳定运行时，直流电机的电磁功率为（ a ）从电网吸收电功率， b ）向电网发送电功率， c ） 0, （5） 当电机最后稳定运行时，其转速（ ） a ） n b ） n>n 。， c ） n=n 。， d ）不确定。 （6） 当电机最后稳定运行时，电磁转矩为（ ） ） d ）不确定。 ） d ）不确定。 a ）拖动性质， b ）制动性质， c ） 0, d ）不确定; 五、右图为直流发电机、电动机机组， 请回答以下问题： 1. 发电机空载电压为额定，带载时（合上开关） 此时需注意什么？如何调节？ 2. 现将发电机负载增大，如何调节？此时， 两个电流表读数如何变化？发电机转速如何变化？ 若要保持转速不变，如何调节？ 空载时：P em P 1 P cua P cuf 220 220 2 (2 0.5)2 1 ( 2 0.5) 2 U - 440 324.75W P o I a 10A 时： P UI 220 (10 0.5) 2310W F 2 P P cua P cua P 0 2202 2310 102 1 10 2 U 324.75 440 1755.25W 方法二: E aN 220 19.5 2 198.5V RmN P N P o E aN I aN 3500 P o p 0 198.5 19.5 3500 370.75W 73.99%(也对) 、一台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW ，U N =110V ，I N =79.84A ，m=1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q ， 求：1） U=U ，①=O N 条件下，电枢电流 I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%,负载转矩为 T N 不 变时，电动机电枢电流与转速是多少？ （ 3） U=U N ， 220V 、一台并励直流电动机，铭牌数据如下 直流电机测验题（答案） :P z =3.5kW ，U=220V ，I N =20A ，n N =1000r/min ，电枢回路电阻 r a =1 Q ， △ U=2V,励磁回路电阻 R f =440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流 l °=2A ，试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。 解：I N 20A, I f 0.5A, I aN 19.5A 暑 100 % 75.98% 1）电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻 R=0，求电动机的转速 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动 机轴的电磁转矩; n=-600rpm 时，电枢电流 I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机 轴的电磁转矩，电网供给的功率，电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 463.58 n 410.0534 ⑵ E a 50 1050 0 E a (76.2) 1050 1187 rpm 解：E aN 110 79.84 0.1014 101.9V (1)E a 110 E a n - E aN n N 1 aN 60 0.1014 103.916V 103.916 1500 1529.7rpm 101.9 空 4 93.929A 0.8 5 ⑵ J 0.85 E a 110 93.929 0.1014 100.476V n 旦 n N 10° 476 1500 1740rpm E aN 0.85 N 101.9 0.85 ⑶ I a 0.8I aN 63.872A 800 101.9 54.3467V 1500 E a I a (R a R c ) 54.3467 63.872 (0.1014 R c ) R c 2.47 E a 110 三、他励直流电动机： P N =29KW U N =440V ，I N =76.2A ，n N =1050rpm ，R a =0.393W 。 解：E aN 440 76.2 0.393 410.0534V (1)E a 440 ( 60) 0.393 463.58V T emN 9.55R emN 9.55 n N (3)反向电动状态 41°.°534 76?2 284.2N m 1050 600 E a 410.0534 1050 440 234.3 ( 50) 234.3V (R a R C ) R C 3.721 T e m 50) 186.5N m 600 UI ( 440) ( 50) 22000W 2 I a (R a R C )( 2 50) (3.721 0.393) 10285W P 2 T e m 186.46 2 — 600 11709W 轴上输出机械 能 60 2）电动机在能耗制动状态下工作。 3）电动机在电压反接状态下工作。转速 410.0534 195.2635V (R a R C ) R C 2.169 一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时: (1)在启动阶段（n (2) (3) (4) (5) (6) a）拖动性质, 在启动阶段（ b）制动性质，c）0, d ）不确定; n a）从电网吸收电功率，b）向电网发送电功率, 当n=n。时，电动机的电枢电流为（a a）等于0， b）小于 当电机最后稳定运行时, a）从电网吸收电功率, 当电机最后稳定运行时, 0，c）大于0， d）不确定。 直流电机的电磁功率为（ b）向电网发送电功率, 其转速（ ， 不确定。 0, 不确定。 a) n 当电机最后稳定运行时，电磁转矩为（ a）拖动性质，b）制动性质，c）0, d ）不确定; 五、右图为直流发电机、电动机机组, 请回答以下问题: 1.发电机空载电压为额定，带载时（合上开关） 此时需注意什么？如何调节? 2.现将发电机负载增大，如何调节？此时, 两个电流表读数如何变化？发电机转速如何变化? 若要保持转速不变，如何调节？ 答：1、将F5调大，避免负载过重。（启动：将R、调到最小。）停止：先断开K i,再断开K2。 2、将F5调小，电流表A, A的读数都将变大。转速下降, 220V O K R i E R3 R2 十220V F5调最大，F2调最小。先合K?,再合 F3 、 R4 K。待电动机启动后将R 220V 调节F2使其增大，则转速上升。 东北大学秦皇岛分校控制工程学院自动控制系统课程设计 设计题目：直流电动机开环调速系统 设计与仿真 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2015.7.13~2014.7.24 成绩 目录 1.设计任务书 (3) 2.概述 (4) 2.1前言 (4) 2.2 系统原理 (4) 2.3 simulink框图 (5) 3.元件参数设置 (7) 3.1三相交流电压源设置 (7) 3.2.同步六脉冲触发器 (7) 3.3.三相全控桥整流电路 (8) 3.4.直流电动机设计 (8) 4.仿真结果分析 (9) α=时 (12) 4.2 当30o α=时 (14) 4.3 当60o α=时 (17) 4.4 当90o 4.5励磁电流 (19) 5.结论 (20) 6.参考文献 (22) 7.结束语 (22) 东北大学秦皇岛分校控制工程学院 《自动控制系统》课程设计任务书 专业自动化班级姓名 设计题目：直流电动机开环调速系统设计与仿真 一、设计实验条件 地点：实验室 实验设备：PC机 二、设计任务 直流电动机的额定数据为220V，136A，1460r/min，4极， R=0.21 ， a 22 GD=22.5N m；励磁电压为220V，励磁电流为1.5A。采用三相桥式全控整流电路。平波电抗器 L=200mH。 p 设计要求：设计并仿真该晶闸管-电动机（V-M）开环调速系统。观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：7月13日～7月24日 2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料：3天（7月13日～7月15日) 具体设计（含上机实验）：6天（7月16日～7月21日) 编写课程设计说明书：2天（7月22日～7月23日) 答辩：1天（7月24日） 直流电机原理及拖动 1.直流电动机的电磁转矩的大小与_________成正比。 A．电机转速B．主磁通和电枢电流 C．主磁通和转速D．电压和转速 2.图示的直流电动机机械特性曲线，是_________励磁方式的电动机。 A．串励 B．他励 C．并励 D．复励 3.直流电机换向极作用主要是_________。 A．增加电机气隙磁通B．改善换向，减少换向时火花 C．没有换向极，就成为交流电机D．稳定电枢电流 4.并励电动机出现轻载“飞车”的主要原因是_________。 A．电源电压过高B．电枢绕组流过的电流过大 C．电刷和换向器接触不良D．励磁绕组断线 5.直流电机换向极绕组与_________。 A．电枢绕组并联B．电枢绕组串联 C．并励绕组串联D．并励绕组并联 6.同交流异步电机比较，直流电机的最大优点是________。 A．造价低B．结构简单 C．维修工作量少D．调速性能好 7.直流电动机电枢导体中的电流是_______。 A．直流电B．交流电C．脉动电流D．以上均不对 8.下列调速法不适用于直流电机的是__。 A．在电枢回路的串联可调电阻B．改变励磁回路中的励磁电阻 C．改变电枢的电压D．改变定子磁极对数 9.下列励磁方式的直流电机不能空载运行的是___。P187 A．串励B．并励C．他励D．复励 10.一般说来，串励、并励、复励三种励磁方式的直流电动机中，机械特性最硬 和最软的分别是___。 A．串励／复励B．复励／并励C．并励/串励Ｄ．复励/串励 11.改变直流电动机的转向方法有________。 A．对调接电源的两根线 B．改变电源电压的极性 C．改变主磁通的方向并同时改变电枢中电流方向 D．改变主磁通的方向或改变电枢中电流方向 12.直流电动机起动时必须在电枢回路中串联起动电阻，原因是刚起动时 ________。 A．主磁通较弱B．反电动势为零 C．瞬间高压D．提高电磁转矩 13.直流电动机的调速方法种类与交流电动机________，而制动方法种类 ________。 A．相同／相同B．相同／不同 C．不同／相同D．不同／不同 14.直流发电机和直流电动机的铭牌上的额定容量是指电机在额定状态下的 ________。 A．电功率B．机械功率C．输入功率D．输出功率 15.直流电动机和交流绕线式电动机在结构上都具有________。 A．电刷、换向器B．电刷、滑环 C．电刷D．滑环 16.对于直流电机，下列部件不在定子上的是________。 A．主磁极B．换向极C．电枢绕组D．电刷 17.对于直流电机，下列部件不在转子上的是________。 A．换向器B．换向极 C．电枢铁心D．电枢绕组 18.一台他励直流电动机，起动前出现励磁回路断线。假设该电机未设失磁保护， 现空载起动，则会________。 A．堵转一致于烧毁电机绕组B．发生飞车事故 C．无起动转距，转子静止D．转子的转速大大降低 19.直流电机电枢绕组中的电动势与其转速大小成________，与主磁通大小成 ________。 A．正比／正比 B．反比／反比 C．视电机种类(是发电机还是电动机)而定 D．视电机容量而定 20.关于直流电动机的转动原理，下列说法正确的是________。 A．转子在定子的旋转磁场带动下，转动起来 B．通电导体在磁场中受到力的作用 C．导体切割磁力线产生感生电流，而该电流在磁场中受到力的作用 D．穿过闭合导体的磁感应强度变化引起电磁转矩 直流电机测验题 一、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:P N=，U N=220V，I N=20A，n N=1000r/min，电枢回路电阻r a=1Ω，△U=2V，励磁 回路电阻R f=440Ω，空载实验：当U=220V时，输入电流I0=2A，试计算:当电枢电流I a=10A时,电机的效率。 二、一台他励直流电动机数据为：P N=，U N=110V，I N=，n N=1500r/min，电枢回路电阻R a=Ω，求：1）U=U N，Φ=ΦN条件下，电枢电流I a=60A时转速是多少2）U=U N条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N不变时，电动机电枢电流与转速是多少（3）U=U N， Φ=ΦN条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机：P N=29KW，U N=440V，I N=，n N=1050rpm，R a=。 1）电动机在发电反馈制动状态下工作。设I a=-60A，附加电阻R c=0 ，求电动机的转速 2）电动机在能耗制动状态下工作。转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的电磁转矩； 3）电动机在反接状态下工作。转速n=-600rpm 时，电枢电流I a=-50A。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转矩，电网供给的功率，电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4）画出电机的机械特性及其1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时： （1）在启动阶段（n 第一章课程设计内容及要求 1. 直流电动机的机械特性仿真； 2. 直流电动机的直接起动仿真； 3. 直流电动机电枢串联电阻启动仿真； 4. 直流电动机能耗制动仿真； 5．直流电动机反接制动仿真； 6. 直流电动机改变电枢电压调速仿真； 7. 直流电动机改变励磁电流调速仿真。 要求：编写M文件，在Simulink环境画仿真模型原理图，用二维画图命令画仿真结果图或用示波器观察仿真结果，并加以分析 第二章直流电动机的电力拖动仿真绘制 1）直流电动机的机械特性仿真 clear; U_N=220;P_N=22;I_N=115; n_N=1500;R_a=;R_f=628; Ia_N=I_N-U_N/R_f; C_EPhi_N=(U_N-R_a*Ia_N)/n_N; C_TPhi_N=*C_EPhi_N; Ia=0;Ia_N; n=U_N/C_EPhi_N-R_a/(C_EPhi_N)*Ia; Te=C_TPhi_N*Ia; P1=U_N*Ia+U_N*U_N/R_f; T2_N=9550*P_N/n_N; figure(1); plot(Te,n,'.-'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); ylim([0,1800]); figure(2); plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); hold on; R_c=0; for coef=1:;; U=U_N*coef; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('U=',num2str(U),'V'); s_y=1650*coef; text(50,s_y,str); end figure(3); n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); hold on; U=U_N;R_c=; for R_c=0::; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('R=',num2str(R_c+R_a),'\Omega'); s_y=400*(4-R_c*; text(120,s_y,str); 直流电机练习题 填空题： 1.改变一直流并励电动机的转向，可采用的方法是电枢电压和励磁电压。 2.当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 3.直流电机电枢导体中的电势和电流是( 交变 )性质的。 4.直流电机电枢绕组的感应电势与电机的转速成( 正比 )。 5.他励直流发电机，当转速升高20%时，电势( 升高20% )。 6.直流电机的电磁转矩与电枢电流成( 正比 )。 7.直流电动机一般采用( 串电阻)和(降压)的方法起动，起动时应保证电动机的磁通达到额 定值。 8.在电枢回路中串电阻调速，理想空载转速不变，特性的斜率增大。 9.直流电动机降压调速，理想空载转速( 变小 )，特性的( 斜率 )不变。 10.直流电动机弱磁调速，理想空载转速( 变大 )，特性的( 硬度 )变软。 11.当直流电机带恒转矩负载时，若为他励电动机，当电枢电压下降时，其转速(下降 )，电枢 电流( 不变 )。 12.运行中的并励直流电动机，其( 励磁 )不能突然短路或断开。 13.可用下列关系来判断直流电机的运行状态：当 n 测试方法和常见不良问题的分析 一、测试方法 1.电机空载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），无负载时的电机每分钟转动的圈 数 （空载转速）及此时流过端子的电流 2）测试方法：使用测速计、胶轮、直流电源，如下连接, 直流电源 电机测速计 参考测试 方法：使 用电机综 合测试仪测试（但誨定范围及电机的冲片槽数，测试 数据不准） 2.负载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），额定负载时的电机每分钟转动的 圈数（负载转速）及此时流过端子的电流（负载电 流） 2）测试方法：见上图，一般选择胶轮的直径为20mm,如 果负载为M gem,则所挂舷码的重量则为M g,同时胶 轮上的圈数取决于绳子A处必须松动才行（即祛码的重 量必须全部加到轮子上才行） 3.堵转力矩和堵转电流的测试 1）； “ 定义：使电机正好停止转动时的负载力矩Ts即为堵转力 矩，此时的电流即为堵转电流Is 3)一般采用两点法进行测试，选择两个负载T1及T2,测 试此负载下的nl> n2及II、12,使用下而的公式计算堵 转力矩和堵转电流： Ts=(n2Tl-nlT2)/(n2-nl) I S=(I2T1-I2T2)/(T1-T2)+(I1-I2)/(T1-T2)*T S 注意点：T1最好在最大效率点附近，而T2最好在最大 功率点附近 参考测试方法：可以采用测功计测试(不精确)或者使 用扭力计测试(较准) 4.窜动量的测试 1)定义：转子在电机中沿轴向可以松动的最大的间隙量 2)测试方法：使用百分表，电机轴前后最大窜动的位置在 百分表上显示的位置分别是A和B，则电机窜动量为B-A 电机 5.电流波形 1)定义：电机在额定电压下旋转时，流过电机两端子间的电 流的变化的波形，可以用示波器进行显示 2)测试方法：如图连接，示波器上显示的波形即为电机的电 流波形，电容一般为qf的电解电容，如果槽数为n 个，则 电机转动一周的完整的波形数为2n个 直流无刷电机反电动势过零检测方法 一般的永磁无刷直流电机是由三相逆变桥来驱动的，根据转子位置的不同，为了产生最大的平均转矩，在一个电角度周期中，具有6个换相状态。在任意一个时间段中，电机三相中都只有两相导通，每相的导通时间间隔为120°电角度。例如，当A相和B相已经持续60°电角度时，C相不导通。这个换相状态将持续60°电角度，而从B相不导通，到C相开始导通的过程，称为换相。换相的时刻取决于转子的位置，也可以通过判断不导通相过零点的时刻来决定。通过判断不导通相反电动势过零点，是最为常用也最为适合的无位置传感器控制方法。 反电动势过零点的检测方法是，通过测量不导通相的端电压，与电机的绕组中点电压进行比较，以得到反电动势的过零点。但对于小电枢电感的永磁无刷直流电机，在许多情况下，绕组中点电压难以获取，并且需要使用电阻分压和进行低通滤波，这样会导致反电动势信号大幅地衰减，与电机的速度不成比例，信噪比太低，另外也会给过零点带来更大的相移。 与上面的方法相比，更为常用的是虚拟中点电压法。假设A相和B相导通，则A和B两相电流大小相等，方向相反，C相电流为零，则根据永磁无刷直流电机数学模型有 根据上述方程，将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，也可以获得反电动势的过零点。这种方法十分简单，实现也比较方便。但是，由于无刷直流电机按一定频率进行PWM斩波控制，其计算出的虚拟中点电压也会随着PWM的高低电平而发生相同频率的在电源和地电平之间的变化。这样，就会带来极大的共模电平和高频噪声，会影响反电动势过零点检测的精确性。同样，和中点比较法一样，这种方法也必须要对绕组端电压进行分压和低通滤波。 这样，在一个PWM周期中，电枢绕组相电流就必然存在断续状态。速度提高时，电枢绕组中会产生峰峰值极大、频率很高的反电动势。由于以上特点，一些普遍采用的BLDC无位置传感器的控制方法均不适合。现有的无位置传感器的控制方法，如端电压检测法和转子位置估计法等，将很难得到良好的控制效果，其理由如下所述： 首先，无刷直流电机要求在电机转速提高的过程中，采用现有的端电压与中点电压比较的方法，要对三相绕组进行分压阻容滤波，计算出不导通相反电动势的过零点，再延后一定时间进行换相。但是，这样得到的反电动势过零点会因为无刷直流电机转速提高而产生过大的相移，导致当检测到反电动势过零点后，真正的换相点已经过去，从而造成换相失误。另外，现有的转子位置估计法，在高速时必须以极高的采样频率对永磁无刷直流电机中多个物理量进行测量，然后运行复杂的算法估计出转子位置，这样即使采用主频较高的控制器，也很难实时得到精确的位置信号。并且，随着电机转速的提高，位置估计算法难以及时地计算出当前电机转子的位置情况，对于转速范围较大的情况，无位置传感器的检测难以实现。 其次，现有的无刷直流电机无位置传感器的控制方法一般只适用于绕组相电流不存在断续状态的情况。而当永磁无刷直流电机电枢电感较小时，在一个PWM 周期中，则可能出现绕组相电流断续状态。当相电流从续流状态向断流状态突变时，由于三相逆变桥中功率管的寄生电容和电枢绕组中的电感和电阻相互作用，端电压会存在二阶阻尼振荡过程。在振荡过程中，将检测到的电枢绕组端电压应用于无位置传感器的换相中，会得到不正确的结果。 因此，使用现有的无位置传感器的控制方法，应用于小电枢电感的磁悬浮飞轮用无刷直流电机上，都无法得到良好的控制效果。 第七章直流电机 一、填空（每空1分） 1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是。 答：交流的。 2. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率，而电 刷电压。 答：减小，不变。 3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流I f不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流 超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法。串入电阻后，电动机的输入功率R 将，电枢电流l a，转速n将，电动机的效率n将。 答：不行，不变，不变，下降，下降。 4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20%，则稳定后电 机的电流为倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。 5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中l a的方向，转速方向。 答：反向，不变。 6. 直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。 答：制动，驱动。 7. 一台串励直流电动机与一台并励直流电动机，都在满载下运行，它们的额定功率和额定电流都相等，若 它们的负载转矩同样增加0.5，则可知：电动机转速下降得多，而电动机的电流增加得多。 答：串励，并励。 8. ★电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流l a增加时，转速n将, 转矩T e将。 答：下降，增加。 9. 直流电动机电刷放置的原则是：。 答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。 10. 直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转 速。 答：升高，降低。 11. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括损耗；对于直流电动机包括损耗。 答：空载损耗功率，绕组铜损耗。 12. ★串励直流电动机在负载较小时，l a ；当负载增加时，T e，l a ；n随着负载增加下降程度比并励电动机 要。 答：小，增加，增加，严重。 13. ★一台P对磁极的直流发电机采用单迭绕组，其电枢电阻为r a,电枢电流为l a,可知此单迭绕组有条并联 支路，其每条支路电阻为；若为单波绕组其每条支路电阻为 ，电枢电阻为。 答: 2P,2pr a，2p2r a, p2r a 14. 并励直流电动机改变转向的方法有，。 摘要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。 系统主要功能是：AT89C51单片机接受霍尔传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定时器进行计数计算出电机转速送到LED并显示，外部装有蜂鸣器电路，在超速或低俗过低都会停止电动机，蜂鸣器发音，显示器不显示，从实用角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。 本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定及数据显示控制系统，要求对转速范围在0-3000r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计使用6V直流电机。将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速，调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成电机转速的测量，LED显示部分主要是把转速显示出来，显示范围在0-3000r/min之间。 本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，效率高，电路简单，使用也比较广泛，测速系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。 关键词：单片机霍尔IC传感器 , DAC0832 直流电动机转速流程图 A/D 和D/A转换器 目录 摘要 (2) 第一章：引言 (5) 第二章：系统功能分析 (7) 2.1 系统功能概述 (7) 2.2 系统要求及主要内容 (7) 2.3 系统技术指标 (7) 第三章：系统总体设计 (8) 3.1 硬件电路设计思路 (8) 3.2 软件设计思路 (9) 第四章：硬件电路设计 (8) 4.1 单片机描述 (12) 4.1.1 AT89C51引脚及作用 (12) 4.1.2 ULN2003引脚图及功能 (13) 4.2 外围电路设计 (14) 4.2.1时钟电路 (14) 4.2.2复位电路 (14) 4.2.3测速电路 (15) 4.2.4报警电路 (16) 4.2.5显示电路 (16) 4.2.6 74HC573引脚图及功能 (18) 第五章：软件电路设计 (20) 直流电机习题课 1、直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。 2、一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则。A：E a下降30℅B：T下降30℅C：E a和T都下降30℅ D：端电压下降30℅。 3、一台并励直流发电机希望改变电枢两端正负极性，采用的方法是。 Ａ：改变原动机的转向Ｂ：改变励磁绕组的接法Ｃ：既改变原动机的转向又改变励磁绕组的接法4、若并励直流发电机转速上升20％，则空载时发电机的端电压U0将。 A：升高20％B：升高大于20％C：升高小于20％D：不变 5、他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降并励发电机与他励发电机相比，哪个电压变化率大 6、并励发电机正转能自励，反转能否自励 7、励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢感应电动势与空载时电动势大小相同吗为什么 8、一台并励发电机，在额定转速下，将磁场调节电阻放在某位置时，电机能自励。后来原动机转速降低了磁场调节电阻不变，电机不能自励，为什么 9、直流电动机的额定功率指。 A：转轴上吸收的机械功率B：转轴上输出的机械功率 C：电枢端口吸收的电功率D：电枢端口输出的电功率 10、某直流电动机P N=15kW，U N=110V，n N=1500r/min，ηN=85%，则额定运行时的额定电流I N为（）Ａ，输入功率为P1N=( )kW。 11、直流电机实质是一台（）的交流电机。直流电动机的换向器装置的作用是（），而直流发电机的换向器装置的作用是（）。 12、直流电机空载时主磁场的磁密分布波形为（），电枢磁动势波形为（），电枢磁密波形为（）。电枢反应指（）。 13、直流电动机的电势Ｅa比端电压Ｕ（），Ｔ与n（），Ｉa与Ｅa（）。 14、直流发电机电刷在与位于几何中心线上的导体相接触的位置，若磁场不饱和，这时电枢反应是（） (1) 增磁；（2）去磁；（3）不增磁也不去磁；（４）前极端去磁后极端不变。 15、某台直流单叠绕组的他励电动机，额定运行时的I N＝120Ａ，并知该电机为6极，则此时该电机绕组中每条支路电流为（）Ａ。 (1) 20 （2）60 （3）10 (4) 40 16、某并励直流电动机空载运行时，若不慎将励磁回路断开，电机转速将（） （1）升到某一高度后稳定运行；（2）减速后停转； （3）增到不允许的值即“飞车”；（4）原速运行。 17、某他励直流发电机空载运行，调节励磁电流Ｉf为２.０Ａ时能建立额定电压２２０Ｖ，若原动机使n=nN不变；将励磁电流上升到４.０Ａ，则能建立的电压Ｕ０值为：（） （1）等于440Ｖ（2）大于220Ｖ但小于220Ｖ （3）仍为220Ｖ（4）大于440Ｖ 18、说明并励直流发电机外特性曲线随负载电流增大而下降的原因。 19、说明直流电动机最初起动电流很大的原因应如何起动 20、画出直流发电机的功率流程图。 21、某并励直流电动机，P N=17kw，U N=220V，n N=3000r/min，I N=88.9A，电枢回路总电阻Ra=Ω励磁回路总电阻R f=Ω，忽略电枢反应影响，求：（1）电动机额定输出转矩；（2）额定负载时的电磁转矩；（3）额定负载时的效率。 直流电机测验题 一台并励直流电动机，铭牌数据如下：P N =3.5kW, U=220V , I N =20A , n N =1000r/min ，电枢回路电阻 U=2V 励磁回路电阻R=440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流10=2A ,试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。 二、一台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW, U=110V, I N =79.84A , n N =1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q,求：1） U=U,①=O N 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%负载转矩为 T N 不变时，电动机电 枢电流与转速是多少？（ 3） U=U , ①=O N 条件下，负载转矩为 0.8T N ,转速为（一800） r/min ，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机： P N =29KW U N =440V , I N =76.2A , n N =1050rpm , R a =0.393W 。 1） 电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻R=0，求电动机的转速 2） 电动机在能耗制动状态下工作。 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的 电磁转矩； 3） 电动机在反接状态下工作。转速 n=-600rpm 时，电枢电流I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转 矩，电网供给的功率， 电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4） 画出电机的机械特性及其 1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时: （1） 在启动阶段（n 5.2 基于MATLAB的电机起动仿真 在上节直流电机参数测试的基础上，本节作了基于MATLAB/Simulink的直流电机起动仿真研究[46-47]，得到了电机起动过程中的电动机电流、电动机角速度、电枢电压和电磁转矩波形并分析了其仿真结果，为实物测试提供了简便经济的预测和验证。 5.2.1 电机起动仿真模型的建立 自MATLAB从5.3版本中新增进了电力系统工具箱（Power System Blockset）发展至今，MATLAB在电力系统仿真中的应用越来越广泛。电力系统工具箱是一个基于图形编程的电力系统仿真工具箱。主要是由加拿大的HydroQuebec和International公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，使用者不需要自己编程而只需将仿真的电力系统图搭建在工作窗口中，MATLAB自动将其变化成状态方程描述的系统形式，便可以在SIMULINK下进行仿真研究了。 图5.4 电机起动仿真模型 电力系统工具箱包含的模块有：Electrical Sources（电源库）、Elements（元件库）、Power Electronics（电力电子元件库）、Machines（电机库）、Connectors （连接器库）、Measurements（测量仪器库）、Extra Library（附加元件库）、Demos （示例库）、Powergui（图形用户界面graphical user interface），在此基于MATLAB 对电机起动进行SIMULINK仿真。 搭建的电机起动仿真模型主要由直流电压源（DC V oltage Source）、理想开关（Ideal Switch）、电机起动器（Motor Starter）、直流电机（DC machine）、串联RLC支路（Series RLC Branch）、电压表（V oltage Measurement）、信号分解模块（Demux）和示波器（Scope）等模块构成。仿真模型如图5.4所示。 仿真系统中励磁电压Ef由一个直流电压源提供，电枢绕组电动势E由另一个直流电压源经一个由计时器（Timer）控制的理想开关（Ideal Switch）提供。采用电枢回路串电阻三级起动，电机起动器由搭建并封装的子系统（Motor 直流电机练习题 一、填空 1、根据直流电动机用途的不同，可以把直流电动机分为两类，一类是进行能量传递和转换的，称为动力电机，另外一类是进行信号传递和转换的，称为控制电机，包括步进电机、伺服电机等。 2、直流电动机将电能转换为机械能输出； 直流发电机将机械能转换为电能输出。 3、直流电机的可逆性是指同一台直流电机，即可作直流发电机使用，又可作直流电动机使用。 4、写出图示标号标明的直流电机的结构名称。（P4） 5、电刷和换向器在直流电动机中的作用为：将刷间的直流电逆变为绕组中交变的电流；在直流发电机中的作用为：将绕组中交变的电流整流成刷间的直流电输出。 6、所谓直流电动机的启动，是指电源接通以后，直流电动机的转速从零上升到稳定转速的过程。启动时，应让启动/电磁转矩足够大，而启动电流不可太大。常用的启动方法有：全压启动、电枢回路串电阻启动和降压启动。 7、改变一直流并励电动机的转向，可采用的方法是单独改变励磁电流的方向和单独改变电枢电流的方向。 8、当电动机的转速超过理想空载转速n0 时，出现回馈制动。 9、直流电机的电磁转矩与电枢电流成正比。（正比/反比） 10、运行中的并励直流电动机，其励磁回路不能突然短路或断开，否则容易出现飞车事故。 11、直流电机按主磁极励磁绕组的接法不同，可分为他励和自励两大类。其中，他励直流电动机由于励磁电源可调，应用范围更广泛。 12、直流电动机常用的电气制动方法有：能耗制动、反接制动和回馈制动。 13、额定功率对直流电动机来说，指的是电动机转轴上输出的功率。 14、直流电动机在排除故障的过程中要遵循由外到内的原则。 二、判断 1、直流电机电枢元件中的电势和电流都是直流的。（×） 2、直流电机的换向极主要是改善直流电机的换向。（√） 3、直流电机的电枢绕组是电机进行能量转换的主要部件。（√） 4、启动时的电磁转矩可以小于负载转矩。（×） 5、一台直流电机运行在发电机状态，则感应电势大于其端电压。（√） 6、他励直流电动机在电枢回路中串电阻调速属于有级调速。（√） 7、直流电动机调节励磁回路中的电阻值，电动机的转速将降低。（×） 直流电机原理测试试卷 考试类型：（闭卷）考试考试时间：45 分钟 学号姓名年级专业12自动化（）班 一、填空题（本大题共8空，每空4分，共32 分） 3.使直流电机反转，只需改变或励磁电流方向。（电源极性） 4.某直流电动机P N=15kW，U N=110V，n N=1500r/min，ηN=85%，则额定运行时的额定电流I N 为（）Ａ，输入功率为P1N=( )kW。（160.428A,17.647kW） 5. 直流电动机的电磁功率为电枢绕组中的与电枢电流的乘积。（感应电动 势） 6.直流电动机时，效率最高。（不变损耗等于可变损耗） 二、选择判断题（本大题20小题，每小题 2分，共8分） 1.对于直流发电机，转子所产生的电磁转矩是驱动性的（与转速方向相同）。（）（ F ） 2.直流电机的电枢绕组是电机进行机电能量转换的主要部件。（）（ T ） 3.随着输出功率的增大，他励直流电动机的转速下降。（）（ T ） 4.直流电动机的空载损耗包括铁损、机械摩擦损耗、附加损耗和铜耗等。（）（ F ） 三、简述题（本大题共3小题，每小题10分，共30分） CM 1. 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？ 换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流，“换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。 2. 直流电机结构的主要部件有哪几个？这些部件的功能是什么？ 有7 个主磁极换向极，机座电刷电枢铁心，电枢绕组，换向器 3. 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？ 电枢反应：电枢磁场对励磁磁场的作用 交轴电枢反应影响：①物理中性线偏离几何中性线 直流电机的认识与检测维修方法 直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。 直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。陕西西玛金都机电生产部李工程师说：起动机使用的直流电动机为短时额定工作的串激式直流电动机，它起动柴油机时的导线较粗，产生的转矩也很大。 直流电动机主要由电枢、换向器、磁极、激磁绕组和电刷等组成。壳体内部电枢绕组和激磁绕组串联在一起，当蓄电池供电时，激磁绕组和铁心形成磁极而产生磁场，同样，电枢绕组也产生磁场。两个磁场相互作用而产生很大的转矩，然后通过起动机驱动齿轮输出动力。 1.直流电动机的修理。 (1)检修电刷和电刷架，电刷总成的安装位置如图02所示。图02 ST614型起动机的构造。在正常情况下.电刷的高度一般在20mm左右。若在检修中发现磨损到小于原高度1/2时，应换用同型号的新电刷。更换后的电刷，应保证工作面与换向器接触面积在75%以上。若接触面不符合要求时，可用"0"号细砂纸垫在换向器表面上.将电刷工作面研磨成圆弧状的接触面。电刷弹簧的压力一般为13土2N，否则，应更换或调整电刷弹簧。 (2)看图检修电枢 ①电枢的实物外形如图03所示。图03 电枢的实物外形 电枢线圈在使用中出现短路、断路和搭铁现象时，可用万用表电阻挡进行检测。 ②换向器表面应无烧损、划伤、凹坑和云母片凸起等缺陷。换向器表面上的污物，应用汽油将其清洗干净。对于松脱的接头要用锡焊重新牌。换向器表面出现较严重的烧损、磨损和划.并造成表面不光滑或失圆时，可根据具体情况进行修复或更换。 ③电枢两端轴颈与轴承衬套的配合间隙应控制在o. 04 ~ o. 15mm范围内。若测量出的问隙值超过o. 15mm时，应换用新衬套。 (3)看图检修磁场线圈 ①磁场线圈的实物外形如图04所示。图04 磁场线圈的实物外形。 磁场线圈损坏后，可用万用表电阻挡检测磁场线圈的工作情况。 ②磁极铁，心松动、线圈出现松动或其他原因造成损坏后，可将旧绝缘稍加处理后，用布带重新包好，再进行绝缘处理。 ③检修中发现有断路或短路的线圈时，一般应换用新线圈或重新绕制 (4)看图检修后端盖 后端盖的实物外形如图05所示。 图05 后端盖的实物外形 ①在后端盖的4个电刷架中有2个与盖体绝缘，另外2个与盖体搭铁。 ②相邻2个电届IJ架之间的绝缘电阻应大于0.5Mn。若绝缘电阻过小，应查明原因后修复. 电枢绕组接地故障 这是直流电动机绕组最常见的故障。电枢绕组接地故障一般常发生在槽口处和槽内底部，对其的判定可采用绝缘电阻表法或校验灯法，用绝缘电阻表测量电枢绕组对机座的绝缘电阻时，如阻值为零则说明电枢绕组接地；或者用图所示的毫伏表法进行判定，将36V低压电源通过额定电压为36V的低压照明灯后，连接到换向器片上及转轴一端，若灯泡发亮，则说明电枢绕组存在接地故障。具体到是哪个糟的绕组元件接地，则可用图所示的毫伏表法进 第二篇直流电机 一、填空题： 1.直流电机电枢导体中的电动势是电动势，电刷间的电动势是电动势。 交流；直流 2.直流电机电枢绕组中流过的电流方向是___________的，产生电磁转矩的方向是___________的（填变化 或不变）。 变化；不变 3.直流电机的主磁路不饱和时，励磁磁动势主要消耗在________上。 气隙 4.直流电机空载时气隙磁密的波形曲线为____________波。 平顶 5.直流电机的磁化特性曲线是指电机空载时______________与______________之间的关系曲线。 每极气隙磁通0与励磁磁动势2F f（F0） 6.一台6极他励直流发电机，额定电流为150A，若采用单叠绕组，则电枢绕组的支路电流为 A，若 采用单波绕组，则电枢绕组的支路电流为 A。 25；75 7.一直流电机，Q u=S=K=22，2p=4，右行单叠绕组，绕组节距y=y K= ，y1= ，y2= 。 5；1；4或6；1；5 8.一台四极直流电机，元件数为21，换向片数为____________，构成左行单波绕组，则合成节距为 ____________，第一节距为____________，第二节距为____________，并联支路数为______________。 21；10；5；5；2 9.直流电机电刷放置的原则是：。 空载时正负电刷间的感应电动势最大 10.直流电机的励磁方式分为____________、____________、____________、____________。 他励；并励；串励；复励 11.直流电机负载运行时，___________ 对__________ 的影响称为电枢反应。 电枢磁动势；励磁磁场 12.直流发电机的电磁转矩是___________转矩，直流电动机的电磁转矩是___________转矩。 制动；驱动（或拖动） 13.直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是___________的；若为电动机，则直轴电 枢反应是___________的。 去磁；助磁（或增磁） 14.直流电机电刷在几何中性线上时，电枢反应的作用为：（1）_____________________________；（2）使物 理中性线_____________________________ ；（3）当磁路饱和时起_____________作用。 使气隙磁场发生畸变；；偏移几何中性线一个角度；；去磁作用 15.并励直流发电机自励建压的条件是：_____________________________，__________________________， __________________________________ 。 电机有剩磁；励磁绕组并联到电枢两端的极性正确；励磁回路的电阻小于与电机转速相应的临界电阻16.他励直流发电机的外特性是一条下垂的曲线，其原因有：(1)___________________；(2) ____________ ） d ）不确定。 ） d ）不确定。 直流电机测验题 一台并励直流电动机，铭牌数据如下：P N =3.5kW, U=220V , I N =20A , n N =1000r/min ，电枢回路电阻 U=2V 励磁回路电阻R=440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流10=2A ,试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。 二、一台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW, U=110V, I N =79.84A , n N =1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q,求：1） U=U,①=O N 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%负载转矩为 T N 不变时，电动机电 枢电流与转速是多少？（ 3） U=U , ①=O N 条件下，负载转矩为 0.8T N ,转速为（一800） r/min ，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机： P N =29KW U N =440V , I N =76.2A , n N =1050rpm , R a =0.393W 。 1） 电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻R=0，求电动机的转速 2） 电动机在能耗制动状态下工作。 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的 电磁转矩； 3） 电动机在反接状态下工作。转速 n=-600rpm 时，电枢电流I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转 矩，电网供给的功率，电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4） 画出电机的机械特性及其 1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时: （1） 在启动阶段（n直流电动机开环调速系统设计与仿真
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