摘要
随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。
关键词：他励直流电动机；调速；机械特性
目录
1 引言 (1)
2 直流电动机 (1)
2.1 直流电动机的介绍 (1)
2.2 直流电动机的分类 (1)
3 他励直流电动机 (2)
3.1 他励直流电动机的基本工作原理 (2)
3.2 他励直流电动机的机械特性 (3)
4 他励直流电动机的调速 (5)
4.1 调速的基本概念 (5)
4.2 调速的指标 (5)
4.3 调速的方式 (7)
4.3.1 电枢串电阻调速 (7)
4.3.2 改变电枢电源电压调速 (7)
4.3.3改变励磁电流调速 (8)
5实例分析 (9)
6结论 (11)
参考文献 (12)
致谢 (13)
1 引言
现代工业中，有大量的生产机械，要求能改变工作速度。例如金属切削机床，由于加工工件的材料和精度要求不同，速度也就不同。又如轧钢机，当轧制不同品种和不同厚度的钢材时，也必须采用不同的最佳速度。所谓调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。这是生产机械经常提出的要求。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品质量。所以直流电动机的调速在生产工作中起着至关重要的作用。
2 直流电动机
2.1 直流电动机的介绍
直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。直流电动机以其结构复杂、价格较贵、体积较大、维护较难而使得其应用受到了影响。随着交流电动机变频调速系统的发展，在不少应用领域中已为交流电动所取代。但是直流电动机又以起动转矩大、转速性能好、自动控制方便而著称，因此，在工业等应用领域中仍占有一席之地。在四种直流电动机中，他励直流电动机应用最广泛。
2.2 直流电动机的分类
根据直流电动机的励磁方式，可以将其分为以下几种类型。
1、他励直流电动机
励磁绕组与电枢绕组采用两个电源供电，各有了各的电源开关，没有直接的电源联系，如图2-1（a）所示，电枢电流Ia由电枢端电压U决定，而励磁电流I f由励磁绕组端电压
U1决定。
2、并励直流电动机
励磁绕组和电枢绕组并联，采用同一个电源U供电，由一个开关控制，如图2-1（b）所示。其特点是励磁绕组的电压即为电枢电压，电源电流为电枢电流Ia与励磁电流I f之和。为了降低损耗，并励直流电动机的励磁电流一般较小，约为电枢电流的5%；为保证足够的磁通，励磁绕组一般导线较细，匝数多，电阻大。
3、串励直流电动机
励磁绕组与电枢绕组串联之后，外接一个直流电源，由一个开关控制，如图2-1（c）所示。其特点是励磁电流I f与电枢电流Ia相同，这个电流一般较大，所以串励直流电动机的励磁绕组导线较粗，匝数少，电阻小。
4、复励直流电动机
这种电动机中既有串励又有并励，一部分励磁绕组与电枢绕组串联，另一部分励磁绕组再与电枢绕组并联，如图2-1（d）所示。其特点是电动机的主磁通由这两个励磁绕组共
同产生。
(a) 他励直流电动机；(b ) 并励直流电动机； (c ) 串励直流电动机；(d ) 复励直流电动机
图2-1 直流电动机的励磁方式图
3 他励直流电动机
3.1 他励直流电动机的基本工作原理
直流电动机与交流电动机原理大致相似，也是基于电磁感应的原理，使得转轴受到一个力的作用旋转起来。
如图3-1所示，N 、 S 为一对主磁极，通过直流电源励磁产生恒定磁场，励磁绕组未画出。 电枢绕组只画了一个线圈，1、 2为两个换向片，与电枢绕组相连，A 、B 两个电刷与外电路相连。
图3-1 直流电动机的转动原理图 (a) 初始位置； (b) 转过180°后的位置
直流电动机接通直流电源之后，电刷两端加了一个直流电压，A 刷为正，B 刷为负，换向片1与A 刷相接触，直流电流Ia 从A 刷流入，经换向片1、 线圈abcd 、换向片2和电刷B 流出，形成一个回路。利用左手定则，可以判断电枢绕组的ab 边和cd 边都受到电磁力的作用，如图3-1所示，ab 边受到的力向左 cd 边受到的力向右，这一对力对电枢产生电磁力矩，使得电枢沿逆时针方向转动起来。
＋
－
＋－U
U 1
(a)
＋
－
U (b)
I ＝I ＋
－
U
(c)
＋－
U
(d)
U U (a)(b)
3.2 他励直流电动机的机械特性
定义：在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值条件下，电机的转速与电磁转矩之间的关系
3-1
由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：
em
T E E T n T C C R
C U n β-=Φ-Φ=
0em
2
3-2
图3-2 固有机械特性曲线
1、固有机械特性 3-3
2、人为机械特性
当改变电压或电阻或励磁电流时得到的机械特性称为人为机械特性。 a 、电枢串电阻时的人为特性
保持电压和励磁电流不变，只在电枢回路中串入电阻的人为特性： 3-4
特点：（1）n 0不变，β变大；（2）R S 越大，特性越软。
)(em T f n =em
T N
T 0 'n 0n N
n n em N
T e a
N e N T C C R C U n 2
Φ-Φ=em
N T e S
a N e N T C C R R C U n 2Φ+-Φ=
图3-3电枢串电阻的人为特性
保持电阻和励磁电流不变，只改变电枢电压的人为特性：
3-5
特点：（1）n 0随 U 变化；（2）U 不同，曲线是一组平行线。
图3-4降低电枢电压的人为特性
c 、减弱励磁磁通时的人为特性
保持电阻和电压不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性： 3-6
特点：（1）弱磁，n 0 增大；（2）弱磁，β增大
n 0
n 01
n T em
em N T e a
N e T C C R C U n 2Φ-Φ=em T e a
e N T C C R C U n 2Φ-Φ=
图3-5减弱励磁磁通时的人为特性
4 他励直流电动机的调速
4.1 调速的基本概念
生产机械在运行过程中， 经常要求在负载不变的情况下改变运行速度以配合不同的生产需求， 比如金属切削机床就经常要改变刀具的运行速度以进行不同的加工工序。 这就要求对生产机械的传动机构进行调速，电力拖动系统中采用的调速方法通常有三种：机械调速、电气调速、电气-机械调速。在这里我主要研究他励直流电动机，其调速方法也有三种：改变电枢电阻调速、改变电枢电压调速、改变励磁电流调速。
4.2 调速的指标
电动机的速度调节性能的好坏，常用下列指标来衡量。 1、调速范围
电动机在满载（电流为额定值）的情况下所能得到的最高转速与最低转速之比称为调速范围，用D 表示，即
min max :n n D =
不同生产机械要求的调速范围各不相同。 2、调速方向
调速方向指调速后的转速比原来的额定转速（基本转速）高还是低。若比基本转速高称为往上调，比基本转速低，称为往下调。
3、调速的平滑性
调速的平滑性由一定调速范围内能得到的转速级数来说明。级数越多，相邻两转速的
K 0
n 02n n
差值越小，平滑性越好。如果转速只能跳跃式的调节，两者中间的转速无法得到，这种调速称为有级调速。如果在一定的调速范围内的任何转速都能得到，称为无级调速。无级调速的平滑性当然比级调速好。
平滑和程度可用相邻两转速之比来衡量，称为平滑系数，即
1:-=i i n n k
k 越接近于1，平滑性越好。无级调速时k=1，平滑性最好。 4、调速的稳定性
调速的稳定性是用来说明电动机在新的转速下运行时，负载变化南昌引起转速变化的程度，通常用静差率来表示。其定义为：在某一机械特性上运行时，电动机由理想空载到满载时的转速差与理想空载转速之比，即r= n 0-n/ n 0×100%，r 越小，稳定性越好。
图 4-1不同机械特性的静差率
生产机械在调速时，为保持一定的稳定性会对静差率提出一定的要求。静差率还会对调速范围起到制约作用，因为如果调速时所得到的最低转速下的r 太大，则该转速和稳定性太差，便难以满足生产机械的要求。
5、调速的经济性
经济性包含两方面的内容，一是指调速所需的设备投资和调速过程中的能量损耗，另一方面是指电动机调速时能否得到充分利用。一台电动机当采用不同的调速方法时，电动机容许输出的功率和转矩随转速变化的规律是不同的，但电动机实际输出的功率和转矩是由负载需要所决定的，而不同的负载，其所需要的功率和转矩随转速变化的规律也是不同的，因此在选择调速方法时，既要满足负载要求，又要尽可能使电动机得到充分利用。经分析可知，电枢回路串电阻调速以及降低电枢电压调速适用于恒转矩负载的调速，而弱磁调速适用于恒功率负载的调速。
6、调速时的允许负载
电动机在各种不同转速下满载运行时，如果允许输出的功率相同，则这种调速方法称
为恒功率调速；如果允许输出的转矩相同，则这种调速方法称为恒转矩调速。不同的机械对此的要求往往不同。
4.3 调速的方式
4.3.1 电枢串电阻调速
他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及励磁电流为额定值不变，在电枢回路中串入不同值的电阻，电动机将运行于不同的转速，如图3.1所示，图中的负载为恒转矩负载。
从图4-2可知，当电枢回路串入电阻R时，电动机的机械特性的斜率将增大，电动机和负载的机械特性的交点将下移，即电动机稳定运行转速降低。
图4-2电枢串电阻调速机械特性
如图4-2中串入的电阻值交点A2的转速n2低于交点A1的转速n1，它们都比原来没有外串电阻的交点A的转速n低。
电枢回路串接电阻调速方法的优点是设备简单，调节方便，缺点是调速范围小，电枢回路串入电阻后电动机的机械特性变“软”，使负载变动时电动机产生较大的转速变化，即转速稳定性差，而且调速效率较低。
4.3.2 改变电枢电源电压调速
他励直流电动机的电枢回路不串接电阻，由一可调节的直流电源向电枢供电，最高电压不应超过额定电压。励磁绕组由另一电源供电，一般保持励磁磁通为额定值。电枢电源电压不同时，电动机拖动负载将运行于不同的转速上，如图4-3图中的负载为恒转矩负载。
图4-3 改变电枢电源电压调速
从图4-3中可以看出，当电枢电源电压为额定值时，电动机和负载的机械特性的交点为A，转速为n；电压降到U1后，交点为A1，转速为n1；电压为U2，交点为A2，转速为n2；电压为U3，交点为A3，转速为n3；电枢电源电压越低，转速也越低。同样，改变电枢电源电压调速方法的调速范围也只能在额定转速与零转速之间调节。
改变电枢电源电压调速时，电动机机械特性的“硬度”不变，因此，即使电动机在低速运行时，转速随负载变动而变化的幅度较小，即转速稳定性好。当电枢电源电压连续调节时，转速变化也是连续的，所以这种调速称为无级调速。
改变电枢电源电压调速方法的优点是调速平滑性好，即可实现无级调速，调速效率高，转速稳定性好，缺点是所需的可调压电源设备投资较高。这种调速方法在直流电力拖动系统中被广泛应用。
4.3.3改变励磁电流调速
保持他励直流电动机电枢电源电压不变，电枢回路也不串接电阻，在电动机拖动负载转矩不很大（小于额定转矩）时，减少直流电动机的励磁磁通，可使电动机转速升高。他励直流电动机带恒转矩负载时弱磁调速，如图3.3所示。
从图4-4可以看出，当励磁磁通为额定值时，电动机和负载的机械特性的交点为A，转速为n；励磁磁通减少时，理想空载转速增大，同时机械特性斜率也变大，交点为A1，转速为n1；励磁磁通减少为时，交点为A2，转速为n2。弱磁调速的范围是在额定转速与电动机所允许最高转速之间进行调节，至于电动机所允许最高转速值是受换向与机械强度所限制，一般约为1.2 n左右，特殊设计的调速电动机，可达3 n或更高。单独使用弱磁调
速方法，调速的范围不会很大。
图4-4弱磁调速机械特性
弱磁调速的优点是设备简单，调节方便，运行效率也较高，适用于恒功率负载，缺点是励磁过弱时，机械特性的斜率大，转速稳定性差，拖动恒转矩负载时，可能会使电枢电流过大。
在实际电力拖动系统中，可以将几种调速方法结合起来，这样，可以得到较宽的调速范围，电动机可以在调速范围之内的任何转速上运行，而且调速时损耗较小，运行效率较高，能很好地满足各种生产机械对调速的要求。
5实例分析
一台他励直流电动机参数如下：P N=6.0kw，U aN=220V，I aN=48A，n N=1485r/min，R L=0.082Ω。
1、用其拖动通风机负载运行，若采用电枢串电阻调速时，要使转速降至1250r/min，试设计电枢电路中的调速电阻。
2、用其拖动恒转矩负载运行，负载转矩等于电动机的额定转矩，采用改变电枢电压调速时，要使转速降到1100r/min，试设计电枢电压值。
3、用其拖动恒功率负载运行，采用改变励磁电流调速，要使转速增至1700r/min，试设计C E 值。
内容分析：
1、采用电枢串电阻调速
电动机的电枢电阻
R a=(U-P N/I aN)/I aN=1.98Ω
在额定状态下运行时
E=U aN-R a I aN=124.96V
C E Φ=E/n N=0.0841
C T Φ=9.55C EΦ=0.803
T N=9.55P N/n N=38.59N.m
由于通风机负载的转矩与转速的平方成正比，故n=1250r/min时的转矩为：
T=（n/n N）2 T N=27.34N.m
n0=U aN/C EΦ =2616r/min
△n=n0-n=1366r/min
由于
△n=(R a+R r)×T/C E C TΦ2
由此求得：
R r=△nC E C TΦ2/T-R a=1.394Ω
2、采用改变电枢电压调速
由上步1已经求得：
Ra=1.98ΩC E=0.0841 C T=0.803 T N=38.59 N.m
电枢电压减小后：
△n=RaT/CECTΦ2=1131.43r/min
n0=n+△n=2231.43r/min
由此求得：
Ua=C EΦn0=187.66V
3、采用改变励磁电流调速
由上步1 求得：
Ra=1.98ΩT N=38.59N.m
由于恒功率负载的转矩与转速成反比关系，故忽略空载转矩时，调速成后的电磁转矩为：
T=nNTN/n=33.71N.m
将数据代入
n=U a/C EΦ–R a T/C E C TΦ2中，
整理得：
C EΦ=0.0733或0.0561
6结论
直流电动机调速的目的在于提高生产效率和产品质量。它的具体方法有：改变电枢电阻调速；改变电枢电压调速和改变励磁电流调速。改变电枢电阻调速时，调速方向是往下的。调速的稳定性差，经济性差，调速范围不大，受低速时静差率的限制。调速时的允许负载为恒转矩负载。只适用于调速范围不大，调速时间不长的小容量电动机。改变电枢电压调速时，只能在额定转速以下进行调节。还需要供给电动机电枢电路专门的直流调压电源。这种调速方向也是往下调的，稳定性、平滑性好，调速范围大，调速时的允许负载为恒转矩负载。广泛应用于对调速性能要求很高的电力拖动中。改变励磁电流调速时，可用小容量调节电阻，增多调节级数，平滑性较好。另外控制设备体积小，投资少，能量损耗小，调速的经济性好。这种调速的方向是往上调，调速的平滑性、稳定性、经济性好。调速范围不大。调速时的允许负载为恒功率负载。若要使直流电动机得到充分利用又不使电动机过载，电枢回路串电阻和降低电枢电压调速时可保持输出转矩大，属于恒转矩调速；弱磁调速属于恒功率调速。
参考文献
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[3]李明.电机与电力拖动[M].北京：电子工业出版社，2003.
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致谢
在这次的课程设计中，我首先要感谢教导我的电拖老师。没有他的教导，没有他一丝不苟的传授我们专业理论知识，我们根本没有能力和基础去做这次的设计。也感谢指导教师的帮助，感谢所有老师对我的教育和培养，向老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
感谢图书馆老师给我提供的帮助，他们为我提供了很多的书籍，让我更快的找到所需要的、丰富的和详尽的资料。
还要感谢同学们对我的帮助，他们为我提供了有关设计的信息和资料，帮助我解决了很多设计中存在的问题，谢谢关心、帮助我的同学们。
在此也要感谢学校给我们提供这样的锻炼机会，让我们在做课程设计过程中受益匪浅。
课程设计名称：电机与拖动课程设计 题目：他励直流电动机的能耗制动 学期：2013-2014学年第2学期 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
课程设计任务书 一、设计题目 他励直流电动机的能耗制动 二、设计任务 对一台已知额定参数的他励直流电动机进行能耗制动，设计求出合适的制动电阻R b ， 并设计求出在已知制动电阻R b 采用稳定下放重物时的转速n。 已知一台他励直流电动机P N =22kW,U aN =220V，I aN =115A,n N =1500r/min.I amax =230A,T 忽略不计。 （1）拖动T L =120N?m的反抗性恒转矩负载运行，采用能耗制动迅速停机，电枢电路 中至少要串联多大的制动电阻R b ？ （2）拖动T L =120N?m的位能性恒转矩负载运行，采用能耗制动以1000r/min的速度 稳定下放重物，电枢电路中至少要串联多大的制动电阻R b ？ 三、设计计划 第一天，熟悉题目，查阅有关资料，并进行初步的规划。 第二天，进行设计，并记录有关的数据和过程。 第三天，继续完善设计。 第四天，完成课程设计任务书。 第五天，进行答辩。
课程设计成绩评定表
目录 1.直流电动机的基本结构和工作原理 (1) 1．1直流电动机的基本结构 (1) 1．2直流电动机的工作原理 (3) 2.他励直流电动机的制动方法和制动过程 (4) 2.1直流电动机之他励直流电动机 (4) 2.1.1 电流 (4) 2.1.2 转速 (5) 2.2他励直流电动机的制动方法和制动过程 (5) 2.2.1他励直流电动机能耗制动过程之迅速停机 (6) 2.2.2他励直流电动机能耗制动过程之下放重物 (7) 3、参数的设定与计算 (9) 3.1中间参数的计算 (9) 3.2迅速停机时的制动电阻b R (10) 3.3下放重物时的制动电阻b R (10) 3.4迅速停机过程参数与稳定下放重物过程参数的对比 (11)
实验二直流并励电动机实验（一） 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 二、预习要点 1、什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 三、实验项目 1、工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 四、实验方法 1 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44、D55-3 3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-1接线。校正直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的 负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42 的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2 选用D42的900Ω串 联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 2）检查接线是否正确。选择好各电压表和电流表的量程。将M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，测功机的励磁电阻Rf2调到最大，R2调到最大。对D55-3挂件进行功能选择。闭合开关S后进行电机的起动。
图2－1 直流并励电动机接线图 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载（增加R2）， 直到空载（断开开关S ）。测取电动机M 的电枢电流I a ，转速n ，转矩T2、输出功率P2和校正电机的负载电流I F 。共取数据9-10组，记录于表7-1中。 五、实验报告 1、由表2-1计算出P 1和η，并绘出n 、T 2、η＝f （I a ）及n ＝f （T 2）的特性曲线。 电枢电源 励磁电源I 2
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械 特性，及其工作特性与应用领域 一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域 图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。 他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。 他励直流电动机工作特性 1. 转速特性 2. 转矩特性 T T C C '=Φ 3. 效率特性 a a e e R U n I C C = + Φ Φ e T a T a T C I C I '==Φ2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1() p p p I R I U P P U I I ??++++η= ?=- ?? +? ?
应用领域 他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。如大型车床、龙门刨床。 二、串励直流电动机的机械特性， 串励电动机的机械特性为双曲线， 转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 工作特性
电动势平衡方程式 电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式 （其中，R fc 为串励绕组电阻） 应用领域 串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。 a e a a E C n C I n '==Φe 20 T T T =+2e T a T a T C I C I '==Φa e f C C K '=T T f C C K '=2e 200 602πP T T T T n =+=+?
三、并励直流电动机的机械特性 n0为理想空载转速,与端电压有关， 直线斜率k<0,表明n是T的减函数， 其下降速率与调节电阻Rj大小有关。 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。即硬度高。工作特性
《电力拖动技术课程设计》报告书 直流电动机调速设计 专业：电气自动化 学生姓名： 班级： 09电气自动化大专 指导老师： 提交日期： 2012 年 3 月
前言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电机的发展和生存作出了极其巨大的贡献，这些直流电机的鼻祖中尤其是以发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电机感兴趣，现而今直流电机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而有必要说明对直流电机的研究很有必要。 早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工效率。
他励直流电动机的机械特性 一、实验目的 了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性 二、预习要点 1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？ 2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？ 3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三、实验项目 1、电动及回馈制动状态下的机械特性 2、电动及反接制动状态下的机械特性 3、能耗制动状态下的机械特性 四、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D51、D31、D42、D41、D31、D44 按图1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。 3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
(1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻 值，R 3选用D42上4 只900 Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。 (2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。 (3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R 2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M 起动运转。调节“电枢电源”电压为 220V ；调节R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。 (4) 调节电动机M 的磁场调节电阻R 1阻值，和电机MG 的负载电阻R 4阻值(先调节D42上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机M 的n=n N =1600r/min ，I N =I f +I a =1.2A 。此时他励直流电动机的励磁电流I f 为额定励磁电流I fN 。保持U=U N =220V ，I f =I fN ，A 3表为100mA 。增大R 4阻值，直至空载(拆掉开关S 2的2'上的短接线)，测取电动机M 在额定负载至空载范围的n 、I a ，共取8-9组数据记录于表1中。 (5) 在确定S 2上短接线仍拆掉的情况下，把R 4调至零值位置(其中D42上1800Ω阻值调至零值后用导线短接)，再减小R 3阻值，使MG 的空载电压与电枢电源电压值接近相等 (在开关S 2两端测)，并且极性相同，把开关S 2合向1'端。 (6) 保持电枢电源电压U=U N =220V ，I f =I fN ，调节R 3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A 2表的电流值为0A 时，此时电动机转速为理想空载转速（此时转速表量程应打向正向3600r/min 档），继续增加R 3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900 r/min ，测取M 的n 、I a 。共取8～9组数据记录于表2中。 电枢电源 图 1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图
上海开放大学 电气传动技术及应用 实验一他励直流电动机的起动与调速 实验报告 分校：_____ _____ 班级：__________________ 学生姓名：__________________ 学号：__________________ 实验成绩：__________________ 批阅教师：__________________ 实验日期年月日
实验一他励直流电动机的起动与调速 一、实验目的 1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。 二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。 三、实验设备及控制屏上挂件排列顺序 1 2、控制屏上挂件排列顺序 D31、D42、D41、D51、D31、D44 四、实验说明及操作步骤 1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、用伏安法测电枢的直流电阻
图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图 （1）按图1-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A 表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A 档。开关S 选用D51挂箱。 （2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V 。调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U 、I 三组数据列于表1-1中。 （3）增大R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用同样方法测取六组数据列于表1-1中。 取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值 ) (3 1 321a a a a R R R R ++=
串励直流电动机工作原理 一、清点人数，记考勤 二、复习上节课相关知识 三、引入新课 1、组成：由定子、转子、电刷和换向器组成，如图2所示转子（电枢）：产 生电磁转矩。 转子（磁场）：产生磁场。 电刷：将直流电引入到电枢中。 换向器：保证同一磁极下电流的方向一致 1 —风扇； 2 —机座； 3 —电枢；4—主磁极；5 —电刷；6 —换向器；7 —接线板；8
—出线盒；9 —换向极；10 —端盖 图2直流电动机的组成 2、电动机的工作原理 基本工作原理：通电导体在磁场中产生电磁力，使导体产生旋转运动，实现了电能与机械能的转变。 工作情况：当蓄电池电流经过电刷引入电枢后，在线圈中有电流流过，方向如图所示根据左手定则，可以确定电磁力的方向，可见线圈在电磁力的作用下沿逆时针方向旋转。当线圈旋转过半圈后，两个换向片更换了接触的电刷，流过线圈的电流也发生了改变，但是电磁力矩的方向没有改变，这样就保证了电机始终向一个方向旋转，如图3所示。 图3直流电动机的工作原理 3、电动机的工作特性工作特性：直流串励式电动机的力矩M、转速n和功率P随电 枢电流变化的规律，如图4所示
空转制动 图4直流电动机的特性 转矩特性: 定义：电动机的转矩与电动机电流之间的关系 分析： ⑴起动瞬间，制动状态，电流值最大，电枢转速为零，力矩也相应达到最大值。且力矩与电流的平方成正比，因此力矩最大，易于发动机的起动。这就是汽车采用直流串励式电动机的主要原因。 ⑵随着转速的提高，力矩不断下降。 转速特性: 定义：电动机的转速与电动机电流之间的关系分析： ⑴当电枢电流增加时，电压降Is习R增加，在磁路未饱和时，①的值也增加，故n急剧下降。 ⑵直流串励电动机另一特性：重载时转速低，可保证发动机的安全起动，而在轻载时转速高，易造成飞车
淮阴工学院 课程设计说明书 作者: 学号： 学院: 机械工程学院 专业: 机械电子工程 题目: 他励直流电动机串电阻启动的设计指导者：
绪论 (1) 1直流电动机 (2) 1.1直流电动机的工作原理 (2) 1.2直流电动机的分类 (2) 1.3直流电动机的工作原理 (2) 2他励直流电动机 (4) 2.1他励直流电动机的机械特性 (4) 2.2他励直流电动机的启动 (5) 2.21对启动的要求 (5) 2.22电枢回路串电阻启动 (5) 2.3直流电动机电枢串电阻启动设计方案 (8) 2.31分级启动主回路和控制回路以及相关电器元件 (10) 2.32启动特性曲线 (10) 3设计体会 (11) 4参考文献 (12)
绪论 直流他励电动机控制器的优点是，线路无需切换即可实现牵引与制动的转换，带载能力强，防空转性能好。但是，如果不能掌握正确的启动方法，电机还是不能正常运行的。下面，我们就要对电机的启动过程和方法做一些必要的分析。 由于启动瞬间n=0，电枢电动势0=Φ=n K E e ，而电枢电阻有很小，所以启 动电流R U n =st I 将达到很大的数值。过大的启动电流，会引起电网电压的波动，影响其他用户的正常用电，并且会使电动机轴上受到很大的冲击。这种不采取任何措施就直接把电动机加上额定电压的启动办法，称为直接启动。处个别容量很小的电动机可以直接采用外，一般直流电动机不允许直接启动【1】。 在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法【2】。本文对他励直流电机进行细致的介绍，用图片与文字相结合的方式 对他励直流电机工作时过程中的变量与时间的关系进行描绘，使我们更加清楚的了解他励直流电机的工作原理。
直流电动机分类 直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。 （1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 （2）有刷直流电动机可划分：（2.1）永磁直流电动机和（2.2）电磁直流电动机。 （2.1）永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 （2.1.1）稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。 （2.1.2）铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。 （2.1.3）铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 （2.2）电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 （2.2.1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。 （2.2.2）并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。 （2.2.3）他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。 （2.2.4）复励直流电动机：复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
《电机学》研究性报告 他励直流电动机调速过程及其特点的分析 学院：电气工程学院 姓名：李静怡 学号：11291240 班级：电气1108班 指导老师：郭芳
目录 一、训练载体研究内容.................................... ３ 二、生产机械负载类型的种类和特点........................ ３ （一）恒转矩负载特性................................. ３（二）恒功率负载特性................................. ４（三）通风机类负载特性............................... ４三、基于他励直流电动机的三种调速方法.................... ５ （一）电枢回路串电阻调速............................. ５（二）降低电源电压调速............................... ６（三）弱磁调速....................................... ７四、他励直流电动机调速过程对电磁转矩和电磁功率的限制 .... ８ （一）电枢回路串电阻调速............................. ８ 1、改变0R对电磁转矩的影响..................... ８ 2、改变0R对电磁功率的影响..................... ９ （二）降低电源电压调速............................. １０ 1、改变0U对电磁转矩的影响................... １０ 2、改变0U对电磁功率的影响................... １２ （三）弱磁调速..................................... １３ 1、改变励磁电流f I对电磁转矩的影响............ １３ 2、改变励磁电流f I对电磁功率的影响............ １４ 五、调速方法与负载类型的配合.......................... １５ 六、对本次研究性训练的总结分析........................ １６
摘要 随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。 关键词：他励直流电动机；调速；机械特性
目录 1 引言 (1) 2 直流电动机 (1) 2.1 直流电动机的介绍 (1) 2.2 直流电动机的分类 (1) 3 他励直流电动机 (2) 3.1 他励直流电动机的基本工作原理 (2) 3.2 他励直流电动机的机械特性 (3) 4 他励直流电动机的调速 (5) 4.1 调速的基本概念 (5) 4.2 调速的指标 (5) 4.3 调速的方式 (7) 4.3.1 电枢串电阻调速 (7) 4.3.2 改变电枢电源电压调速 (7) 4.3.3改变励磁电流调速 (8) 5实例分析 (9) 6结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13)
1 引言 现代工业中，有大量的生产机械，要求能改变工作速度。例如金属切削机床，由于加工工件的材料和精度要求不同，速度也就不同。又如轧钢机，当轧制不同品种和不同厚度的钢材时，也必须采用不同的最佳速度。所谓调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。这是生产机械经常提出的要求。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品质量。所以直流电动机的调速在生产工作中起着至关重要的作用。 2 直流电动机 2.1 直流电动机的介绍 直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。直流电动机以其结构复杂、价格较贵、体积较大、维护较难而使得其应用受到了影响。随着交流电动机变频调速系统的发展，在不少应用领域中已为交流电动所取代。但是直流电动机又以起动转矩大、转速性能好、自动控制方便而著称，因此，在工业等应用领域中仍占有一席之地。在四种直流电动机中，他励直流电动机应用最广泛。 2.2 直流电动机的分类 根据直流电动机的励磁方式，可以将其分为以下几种类型。 1、他励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组采用两个电源供电，各有了各的电源开关，没有直接的电源联系，如图2-1（a）所示，电枢电流Ia由电枢端电压U决定，而励磁电流I f由励磁绕组端电压 U1决定。 2、并励直流电动机 励磁绕组和电枢绕组并联，采用同一个电源U供电，由一个开关控制，如图2-1（b）所示。其特点是励磁绕组的电压即为电枢电压，电源电流为电枢电流Ia与励磁电流I f之和。为了降低损耗，并励直流电动机的励磁电流一般较小，约为电枢电流的5%；为保证足够的磁通，励磁绕组一般导线较细，匝数多，电阻大。 3、串励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组串联之后，外接一个直流电源，由一个开关控制，如图2-1（c）所示。其特点是励磁电流I f与电枢电流Ia相同，这个电流一般较大，所以串励直流电动机的励磁绕组导线较粗，匝数少，电阻小。 4、复励直流电动机 这种电动机中既有串励又有并励，一部分励磁绕组与电枢绕组串联，另一部分励磁绕组再与电枢绕组并联，如图2-1（d）所示。其特点是电动机的主磁通由这两个励磁绕组共
运动控制系统课程设计 欧阳家百（2021.03.07） 课题：他励直流电动机启动 系别：电气与信息工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 河南城建学院 2015年 1月 4日 成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。 二、评分 课程设计成绩评定
二、设计要求 (1) 三、设计内容 (1) 3.1、直流电动机 (1) 3.1.1直流电动机 (1) 3.1.2直流电动机的分类 (2) 3.1.3他励直流电机工作原理 (2) 3.2 他励直流电动机的启动 (3) 3.2.1 他励直流电动机串电阻启动 (3) 3.2.2 直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (6) 3.2.3 多级启动的规律 (7) 3.3 结
论 (7) 3.4他励直流电动机串电阻起动特性分析 (8) 四、设计体会 (10) 五、参考文献 (10)
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算；课程设计报告的整理工作。 三、设计内容 有一台他励直流电动机，已知参数如下Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ； Nn=1500r/min；Ra=0.076Ω；采用分级启动，启动电流最大不超过2IA,，求出各段电阻值，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 他励直流电动机的启动时间虽然很短，但是如果不能采用正确的启动方法，电动机就不能正常地投入运行。为此，应对电动机的启动过程和方法进行必要的分析。 直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压Un，电枢回路不串任何电阻，此时由于n=0，Ea=0，所以启动电流Ist=Un/Ra，由于电枢回路总电阻Ra 较小，所以Ist可以达到额定电流In的十几甚至几十倍。这样大的电流可能造成电机换向严重不良，产生火花，甚至正、负电刷间出现电弧，烧毁电刷及换向器。另外，过大的启动电流使启动转矩Tst过大，会使机械撞击，也会引起供电电网电波动，从而引起其他接于同一电网上的电气设备的正常运行，因此是不允许的。一般只有微型直流电动机，由于自身电枢电阻大，转动惯量小，启动时间短，可以直接启动，其他直流电机都不允许直接启动。 在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法。他励直流电动机在电枢回路中串电阻，具有良好的启动特性、较大的启动转矩和较小的启动电流，可以满足生产机械需要的要求。本文借助图像对整个过程及各个变量与时间的相互关系进行了描绘，对更加清楚地了解和设计他励直流电机启动的特点具有重要意义。 3.1直流电动机
一选择题 1、直流串励式起动机中的“串励”是指（B ）。 A 吸引线圈和保持线圈串联连接 B 励磁绕组和电枢绕组串联连接 C 吸引线圈和电枢绕组串联连接 2、下列不属于起动机控制装置作用的是（ B ）。 A 使可动铁心移动，带动拨叉使驱动齿轮和飞轮啮合或脱离 B 使可动铁心移动，带动接触盘使起动机的两个主接线柱接触或分开 C 产生电磁力，使起动机旋转 3、永磁式起动机中用永久磁铁代替常规起动机的（ B ）。 A 电枢绕组 B 励磁绕组 C 电磁开关中的两个线圈 4、起动机空转的原因之一是（ B ）。 A 蓄电池亏电 B 单向离合器打滑 C 电刷过短 5、下列不会引起起动机运转无力的是（ A ）。 A 吸引线圈断路 B 蓄电池亏电 C 换向器脏污 D 电磁开关中接触片烧蚀、变形 6、在起动机的解体检测过程中，（ A ）是电枢的不正常现象。 A 换向器片和电枢轴之间绝缘 B 换向器片和电枢铁心之间绝缘 C 各换向器片之间绝缘 7、在判断起动机不能运转的过程中，在车上短接电磁开关端子30和端子C时，起动机 不运转，说明故障在（ B ）。 A 起动机的控制系统中 B 起动机本身 C 不能进行区分 8、在（ A ）起动机中，采用直推的方式使驱动齿轮伸出和飞轮齿圈啮合。 A 常规起动机 B 平行轴式减速起动机 C 行星齿轮式减速起动机 9、减速起动机和常规起动机的主要区别在于（ C ）不同。 A 直流电动机 B 控制装置 C 传动机构 10、在行星齿轮式减速起动机中，行星齿轮（ B ）。 A 只是围绕各自的中心轴线转动 B 沿着内齿圈公转 C 边自转边公转 11、起动机驱动轮的啮合位置由电磁开关中的( A )线圈的吸力保持。 A 保持 B 吸引 C 初级D次级 12、电动车窗中的电动机一般为（ C ）。 A 单向直流动电机 B 双向交流电动机 C 永磁双向直流电动机 13、车窗继电器，1、3端子间是线圈，如果用蓄电池将两端子连接，则2、4端子之间应（ A ） A 通路 B 断路 C 时通时断 14、检查电动车窗左后电动机时，用蓄电池的正负极分别接电动机连接器端子后，电动机转动，互换正负极和端子的连接后，电机反转，说明（ A ）。 A 电动机状况良好 B 不能判断电动机的好坏 C 电机损坏 15、在电加热座椅电路图中，节温器开关断开，将会使（ A ）。 A 快速加热系统失效 B 低速加热系统失效 C 快速和低速加热均系统失效 16、在电动座椅中，一般一个电机可完成座椅的（ B ）。 A 一个方向的调整 B 两个方向的调整 C 三个方向的调整 17、每个电动后视镜的后面都有（ B ）电动机驱动。 A 一个 B 两个 C 四个 18、中控门锁系统中的门锁控制开关用于控制所有门锁的开关，安装在（ A ）。 A 驾驶员侧门的内侧扶手上 B 每个门上 C 门锁总成中 19、门锁位置开关位于（ A ）。
运动控制系统课程设计 课题：他励直流电动机启动 系别：电气与信息工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师：
城建学院 2015年1月4日 成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
二、评分 课程设计成绩评定
目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计容 (1) 3.1、直流电动机 (1) 3.1.1直流电动机 (1) 3.1.2直流电动机的分类 (2) 3.1.3他励直流电机工作原理 (2) 3.2 他励直流电动机的启动 (3) 3.2.1 他励直流电动机串电阻启动 (3) 3.2.2 直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (6) 3.2.3 多级启动的规律 (7) 3.3 结论 (7) 3.4他励直流电动机串电阻起动特性分析 (8) 四、设计体会 (10) 五、参考文献 (10)
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算；课程设计报告的整理工作。 三、设计容 有一台他励直流电动机，已知参数如下Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ；Nn=1500r/min；Ra=0.076Ω；采用分级启动，启动电流最大不超过2IA,，求出各段电阻值，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 他励直流电动机的启动时间虽然很短，但是如果不能采用正确的启动方法，电动机就不能正常地投入运行。为此，应对电动机的启动过程和方法进行必要的分析。 直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压Un，电枢回路不串任何电阻，此时由于n=0，Ea=0，所以启动电流Ist=Un/Ra，由于电枢回路总电阻Ra较小，所以Ist可以达到额定电流In的十几甚至几十倍。这样大的电流可能造成电机换向严重不良，产生火花，甚至正、负电刷间出现电弧，烧毁电刷及换向器。另外，过大的启动电流使启动转矩Tst过大，会使机械撞击，也会引起供电电网电波动，从而引起其他接于同一电网上的电气设备的正常运行，因此是不允许的。一般只有微型直流电动机，由于自身电枢电阻大，转动惯量小，启动时间短，可以直接启动，其他直流电机都不允许直接启动。 在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法。他励直流电动机在电枢回路中串电阻，具有良好的启动特性、较大的启动转矩和较小的启
. 上海开放大学 电气传动技术及应用 实验一他励直流电动机的起动与调速 实验报告 分校：_____ _____ 班级：__________________ 学生姓名：__________________ 学号：__________________ 实验成绩：__________________ 批阅教师：__________________ 实验日期年月日
实验一他励直流电动机的起动与调速 一、实验目的 1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。 二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。 三、实验设备及控制屏上挂件排列顺序 1 2、控制屏上挂件排列顺序 D31、D42、D41、D51、D31、D44 四、实验说明及操作步骤 1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。 2、用伏安法测电枢的直流电阻
图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图 （1）按图1-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A 表选用D31直流、毫安、安培表，量程选用5A 档。开关S 选用D51挂箱。 （2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V 。调节R 使电枢电流达到0.2A （如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U 和电流I 。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U 、I 三组数据列于表1-1中。 （3）增大R 使电流分别达到0.15A 和0.1A ，用同样方法测取六组数据列于表1-1中。 取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值 ) (3 1 321a a a a R R R R ++=
7.2.2 直流电动机工作原理与结构 图7-4 直流电动机模型 图7-4是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。
图7-5 换向器在直流电机中的作用 当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷A流入，而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b，再从c流向d。我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。当电枢在图7-5（a）所示的位置时，线圈ab边的电流从a流向b，用表示，cd边的电流从c流向d，用⊙表示。根据左手定则可以判断出，ab边受力的方向是从右向左，而cd边受力的方向是从左向右。这样，在电枢上就产生了反时针方向的转矩，因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。 当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图7-5（b）所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。
JIU JIANG UNIVERSITY 电机拖动课程设计 题目他励直流电动机的调速系统设计 英文题目 The design of separately excited DC motor speed control system 院系电子工程学院 专业轨道交通信号与控制 姓名邹文静 班级学号 A1341 05 指导老师王萍 二零一六年十月 - I -
九江学院电子工程学院 摘要 直流电动机具有良好的启动、制动和调速性能；能够快速起、制动，正、反转；能在十分宽广的范围内平滑而经济的调节速度，因此在一些要求较高的电力拖动系统中，得到了广泛的应用。在一些机床、电气牵引机车和起重设备中，都采用了直流电动机拖动。在生产实践中，有许多生产的机械根据工艺要求需要调节转速，改变生产机械的转速可以采用该变传动机构的速比实现，这种方法称为机械调速，在生产中应用较多的是电气调速，即认为改变电动机的参数，从而得到不同的参数。 他励直流电动机具有优良的调速性能，它能在很宽的范围内实现平滑的无极调速，本文主要介绍了他励直流电动机的调速原理，包含了电枢串电阻、降低电压电源和弱磁调速，主要用到的是降低电压与弱磁结合的方式。 关键词：他励直流电动机；调速；转速； - II -
目录 摘要.................................................................................................................................... I I 第一章直流电机. (4) 第二章直流电动机的结构与工作原理 (5) 2.1直流电机的基本结构 (5) 2.2 他励直流电动机的工作原理 (6) 第三章他励直流电动机的调速 (7) 3.1调速指标 (8) 3.2 电枢串电阻调速 (10) 3.3改变电枢电源电压调速 (11) 3.4弱磁调速 (12) 第四章课程设计内容 (13) 总结 (15) 心得体会 (16) 参考文献 (17) - III -
浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 也越大，特性变“软”,这类人为机械特性是一组通过 n 0 ,但具有不同斜率的直线。 如下图所示 （2） 改变电枢电压时的人为机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=0=pa R N ΦΦ=