他励直流电动机速度控制
Moleykutty George
Faculty of Engineering and Technology, Multimedia University
Melaka Campus, 75450 Melaka, Malaysia
摘要
本文提出了他励直流电动机电枢电压变化的速度控制。本文的新颖性在于SEDM速度控制中非线性自回归移动平均二级控制器的应用，并讨论了SEDM斩波电路的速度控制。此项设计系统的性能已与使用传统控制器的传统性能进行了比较。整个系统也已使用MATLAB 7.0工具箱建模。经研究发现，利用NARMA-12控制器，PI和磁滞电流控制器都可以被消除淘汰。
关键词：斩波电路；NARMA-L2； SEDM；速度控制
1 介绍
直流电机已被广泛应用于诸多工业应用中，如电动汽车，钢材轧机，电动起重机以及由于具备精确、广泛、简单且连续的控制特性的机械手。从传统上来说，变阻式电枢控制方法已经被广泛用于低功率直流电动机的速度控制。然而，静态功率转换器的可控性，廉价性，高效率和高载流能力给电驱动器的性能带来了重大改变。通过使用 PID 控制器，所需的转矩转速性能得以获取并实现。由于PID控制器要求精确的数字模型，如果存在参数的变化，系统的性能将成为难题。近年来， NNC 已被有效引入，来提高非线性系统的性能。鉴于学习能力，大规模并行性，快速适应性，内在逼近能力和高度兼容性，NNC 在系统辨识和控制上的应用将成为可能。
基于负载适应性多输入多输出线性化技术的恒功率弱磁控制器已被提出，用于有效开发高速刻度的他励直流电动机。附带一个能够产生从零刻度到大于输入交流电压最大值的可控直流电压的开关装置可控直流电压。单相一致的 PWM 的 AC-DC 降压升压转换器已被用于他励直流电动机的电枢电压控制，该转换器附带一个能够产生从零刻度到大于输入交流电压最大值的可控直流电压的开关装置。为了提高仿真速度，基于对每个PWM 周期上的电压和电流的平均值估计的一般模拟方法已被提出、分析和测试驱动器的
转速特性的科学计算，该驱动器配置了电流调节性的 PWM 逆变器所产生的多相无刷直流电动机。能够预测包括机械和电子组件的系统的动态特性的开环控制系统已被成功设计并应用于控制直流电动机的速度控制。使用传统控制器的其他几个速度控制技术已被引入。目前，基于控制器的高级人工智能促进电力电子电源系统取代传统的拥有智能速度控制器的调速电路。
在此文中， NARMA-L2 控制器被提出应用于他励直流电动机在恒转矩区的速度控制。此文的重点在于他励直流电动机速度控制的 NARMA–L2 控制器的应用。本文还讨论了使用斩波电路的 SEDM 速度控制。 SEDM 的速度控制技术详载于本文的第二部分。第三部分的仿真结果表明了利用 NARMA-L2 控制器控制他励直流电动机的速度的成功应用。
他励直流电机速度控制技术
他励直流电动机的速度主要是通过区分持续转矩区的电枢电压，使其在零和额定转速之间变动。而在恒功率区，实地焊剂应该被减少，以便获得在额定速度以上的速度。电机驱动含有惯量J、摩擦系数Dm和负载转矩TL机械负载。该直流电动机的详细规格如下：
表1 直流电动机规格表
Shaft power 5 hp
Rated voltage 240 V
Armature resistance 0.6Ω
Armature inductance 0.012 H
Field resistance 240Ω
Field inductance 120 H
Total inertia (J) 1 kgm2
Viscous friction coefficient (B) 0.02 Nms
Coulomb friction torque (Tf) 0 Nm
a）基于MATLAB/SimPowerSystems对SEDM的建模和控制：图1显示的是电枢控制采用斩波电路他励直流电动机的速度控制电路，图2是MATLLAB/SimPowerSystems的模型显示。它包括通过斩波电路由直流电源供电的他励直
流电动机。单个晶闸管晶闸管，及其控制电路和一个续流二极管组成了斩波电路。电机
驱动的机械负荷有惯量J、摩擦系数B、和负载转矩TL。控制电路由速度控制回路和电
流控制循环组成。PI控制速度控制回路能够感应电机的实际速度，并与基准速度进行比
较，以决定由电动机要求的参考电枢电流。人们可能会注意到，实际速度的任何一个变
化是对电动机决定的电枢电流的测量。电流控制回路由一个滞环电流控制器(HCC)组成。
图3展示了滞环电流控制器的框图。滞环电流控制器是用于斩波电路在电机的实际电流
与额定电流的比较中产生切换效果。如果实际电流小于额定电枢电流，就产生出一个正
脉冲；相反如果实际电流大于额定电枢电流，就产生出一个负脉冲。
滞环电流控制是一种控制电源电子转换器的方法，这样，输出电流便会遵循额定电
流波形而产生。滞环电流控制器由闭环控制实施。励磁电流与被感应电流之间的差异能
够控制斩波电路的开关。当误差达到上限，即上迟滞限制时，GTO就被切换，使电枢电
流被强制下降。另一方面，当误差达到低滞后极限，正脉冲就产生了，电流也被增加。
e
和e max分别代表错误信号的最小值和最大值。错误的信号范围，即e max-e min，，直接控min
制输出电流的纹波量，也被称为滞后带。因此，电枢电流是不能超出由上下迟滞限制决
定的滞后带范围的。
图1 他励直流电动机的速度控制电路
图2 他励直流电动机速度控制MATLAB/Sim Power Systems模型
图3 滞环电流控制器的框图
图4 SEDM 的速度控制电路仿真图
b)采用Simulink 模型的SEDM 的建模和控制：
采用Simulink 的SEDM 的速度控制电路如4所示。图4中，开关仿照GTO ，该开关块有三个输入部分：其他两个输入的中间输入控件连接到输出。如果控制输入是1，240 V 就被发送到输出，另一方面，如果控制输入是零，零将被发送到输出。
I a
误差e min e max
1
表2 各个物理量含义
V t电源电压(V)
E b反电动势(V)
R a电枢电阻(Ω)
L a电枢电感(H)
R f场阻力(Ω)
L f场电感(H)
I f励磁电流(A)
I a电枢电流(A)
W m转速(rad/s)
J 电机转子转动惯量(kgm2)
D m电机粘性摩擦(Nms)
c) 使用NARMA-L2控制器的SEDM的速度控制
NARMA-L2控制器：ANN的学习能力，自适应性以及超高速计算功能使其在许多应用中都能很好地适用于电能系统的控制，比如说电负荷预测，瞬态能力评估，积极电力滤波器（或是正电滤波器），动态电压恢复器和联合电能质量调节器。在学习过程中，神经网络调整其结构，这样它就能遵循主管。学习被不断反复，直到网络输出与主管之间的差异降低。
i)系统辨识阶段：
NARMA-L2控制器，一个多层神经网络，已成功地应用于动态系统的识别和控制。使用NARMA-L2控制器涉及系统识别和控制设计这两个步骤。在系统识别阶段，将被控制的植物饿神经网络模型得到了发展。图5是系统识别阶段的框图展示。在控制设计阶段，神经网络植物模型用于训练NARMA-L2控制器。
在系统识别阶段，神经网络植物模型必须在控制器使用之前得到提高。植物模型能够预测未来的植物输出，它只有一个隐藏层。表1列出了植物模型的说明。
图5 系统识别阶段的框图
图6 NARMA-L2控制器
表3 植物模型的规格说明
隐藏层的规格9
采样间隔(s) 6.254e-5 输入植物号推迟 3
工厂的产出推迟号 2
训练样本40000
最大输入植物240
最小输入植物0
最大间隔值(s) 1
最小间隔值(s) 0.5
最大输出植物120
最低厂输出0
训练次数100
培训功能训练
使用当前的重量s 选定
使用验证数据未选定
使用测试数据未选定
ii)控制器设计阶段
这种控制模型的中心观点是通过取消非线性动力学来改造非线性系统动力。图6是NARMA-L2控制器的框图表示法。从NARMA-L2控制器获得的范例性能图和训练数据分别如图7和图8所示。
i).NARMA-L2控制器的他励直流电动机的Simulink模型
图9展示了NARMA-L2控制器的他励直流电动机的Simulink模型。使用PI控制器，以植物模型为基础的Simulink用于产生所需的训练数据。控制器输入的是参考速度和实际速度，输出的是到达电动机的驱动电压。
图7 样品NARMA-L2控制器的性能曲线
图8 NARMA-L2控制器训练数据
图9 NARMA-L2控制他励直流电机Simulink模型
a: wr = 100 rad/s & 120 rad/s; TL = 5 Nm & 17 Nm
b. wr = 100 rad/s & 120 rad/s; TL = 20 Nm
c. wr = 75 rad/s &120 rad/s; TL = 0 Nm & 1.5 × TL rated (Nm)
图10系统控制器不同使用的反应
2 结果和讨论
NARMA-L2控制器已成功被模拟和测试，来控制他励直流电动机的速度。MATLAB 7.0工具箱用于模型系统。这种经过提高的系统的工作性能对比于其他两个系统：一个是基于斩波控制直流电动机模型的SimPowerSystems，另一个是使用Simulink模型的SimPowerSystems。在斩波控制电路中，PI控制器用来产生参考电流，HCC用来产生由斩波电路决定的开关模式。据发现，斩波器和其控制电路会因为使用了NARMA- 12控制器而被淘汰。通过使用不同的负载转矩和速度来审查该系统的有效性。图10绘制了仿
真结果，图10另外也展示了额定转速，负载转矩，使用SimPowerSystemss的模型（WAP），Simulink仿真模型（WS）的实际电机转速和利用NARMA-L2控制器（wasn）的额定转速，负载转矩。通过对10a，10b，10c的数字进行比较，我们发现，假设有50％过载容量被分配，NARMA- 12控制器可以调节远高于额定条件的速度。
3 总结
通过使用MATLAB来控制他励直流电动机的速度，基于NARMA-12控制器的速度控制系统已被成功地开发。本文的新颖性在于使用NARMA- 12控制器控制他励直流电动机。本文还讨论了使用SimPowerSystems和Simulink模型对SEDM建模与控制，并通过使用不同类型的控制器对该系统的性能进行比较。我们发现，NARMA-12控制器可以调节远高于额定值的速度。
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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)
题目 他励直流电动机串电阻启动的设计 专业：电气工程及其自动化 班级：13电牵1班 姓名：贤第 学号：20130210470103
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 N,，求各段电阻值，并且求出切除电阻时的瞬时转速和电动势，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 三、设计计划 第1天查阅资料，熟悉所选题目； 第2天根据基本原理进行方案分析； 第3天整理思路，按步骤进行设计； 第4天整理设计说明书； 第5天准备答辩； 四、设计要求 1、设计工作量为按要求完成设计说明书一份。 2、设计必须根据进度计划按期完成。 3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。
摘要 他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea =CeΦn = 0 ,最初启动电流IS =U/Ra,若直接启动,由于Ra很小,ISt会十几倍甚至几十倍于额定电流, 无法换向,同时也会过热,因此不能直接启动。 要限制启动电流ISt的大小可以有两种方法:降低电枢电压和电枢回路串接附加电阻。本文仅以他励直流电动机的串电阻启动为主题进行详细的阐述。 在实际中，如果能够做到适当选用各级启动电阻，那么串电阻启动由于其启动设备简单、 经济和可靠，同时可以做到平滑启动，因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对启动电阻的级数要求也不尽相同。 关键词：他励直流电动机；启动电流；串电阻启动； 目录 引言 (5) 1 直流电动机 (7) 1.1直流电动机的工作原理 (7) 1.2直流电动机的分类 (7) 1.3他励直流电机工作原理 (8)
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
他励直流电动机串电阻启动仿真一、工作原理 电动机的起动是指电机合上电源后，从静止状态加速到所要求的稳定转速时的过程。起动时把电动机电枢直接加上额定电压是不允许的，因为在起动前，电机转速为零，由电枢电势公式可知，Ea也为零，电枢绕组电阻Ra又很小，若此时加上额定电压，会引起过大的起动电流Is，Is = UN/Ra,其值可达额定值的10～20倍。这样大的启动电流会产生强烈火花，甚至烧毁换向器；还会加剧电网电压的波动，影响同一电网上其他设备的正常运行，甚至可能引起电源开关跳闸。 直流电动机在电枢回路中串联电阻起动是限制起动电流和起动转矩的有效方法之一。建立他励直流电动机电枢串联电阻起动的仿真模型，仿真分析其串联电阻起动过程，获得起动过程的电枢电流、转速和电磁转矩的变化曲线。 二、参数计算 有一台他励直流电动机，参数如下： PN=100KW UaN=440V IaN=497A
nN=1500r/min Ra=0.076Ω 若采用串电阻启动，所串电阻计算如下： （1）选择I1和I2 I1=（1.5～2.0）IaN=(1.5～2.0)497A=(745.5~994）A I2=（1.1～1.2）IaN=(1.1～1.2)497A=(546.7~596.4）A 选择I1=850A ，I2=550A （2）求出起切电流比β 5.1550 85021===I I β （3）求出启动时的电枢电路电阻Ram Ω=Ω==518.0850 4401I U R aN am (4)求出启动级数m 74.45 .1lg 076.0518.0lg lg lg ===βa aN R R m 故取m=5 （5）重新计算β，校验I 2
实验二直流并励电动机 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。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二.预习要点 1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2.直流电动机调速原理是什么？ 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、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 四．实验设备及仪器 1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。 3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表） 4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。 5．直流并励电动机。M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600) 6．波形测试及开关板（NMEL-05）。 7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。 五．实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示 U1：可调直流稳压电源 R1、R f：电枢调节电阻和磁场调节电阻， 位于NMEL-09。
电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。 b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。 c．保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。表U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A
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 ++=
习题 2.1 直流发电机是如何发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？ 2.2 直流电机有哪些励磁方式？各有何特点？不同的励磁方式下，负载电流、电枢电流与励磁电流有何关系？ 2.3 什么是电机的可逆性？为什么说发电机作用和电动机作用同时存在于一台电机中？ 2.4 试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。 2.5 直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？ 2.6 一台Z 2型直流电动机，额定功率为N P =160kW ，额定电压N U =220V ，额定效率N η=90%，额定转速N n =1500r/min ，求该电机的额定电流。 2.7 一台Z 2型直流发电机，额定功率为N P =145kW ，额定电压N U =230V ，额定转速N n =1450r/min ，求该发电机的额定电流。 2.8 一台直流发电机额定容量N P =180kW ，额定电压N U =230V ，额定转速N n ＝1450r/min ，额定效率N η=89.5%,求额定输入功率和额定电流。 2.9 一台四极直流电机，采用单叠绕组，问： (1) 若取下一只或相邻两只电刷，电机是否可以工作？ (2) 若只用相对两只电刷，是否可以工作？ (3) 若有一磁极失去励磁将产生什么后果？ 2.10 直流发电机和直流电动机的电枢电动势的性质有何区别，它们是怎样产生的？直流发电机和直流电动机的电磁转矩的性质有何区别，它们又是怎样产生的？ 2.11 什么叫电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？ 2.12直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？ 2.13 若一台他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（励磁电阻保持不变）？若是一台并励发电机，则电压升高得多还是少（励磁电阻保持不变）？ 2.14 直流电发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点？有哪些主要区别？ 2.15 换向磁极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组如何励磁？ 2.16 换向元件在换向过程中可能产生哪些电势？各是什么原因引起的？它们对换向器各有什么影响？ 2.17 一台直流电动机改成发电机运行时，是否需要改接换向极绕组？为什么？ 2.18 一台四极直流发电机，单叠绕组，每极磁通为61079.3?Wb ，电枢总导体数为152根，转速为1200r/min ，求电机的空载电动势？ 2.19 一台直流发电机，2P ＝4，a ＝1，Z ＝35，每槽内有10根导体，如要在转速N n ＝1450r/min 时产生230V 电势，则每极磁通应为多少？ 2.20 一台四极直流电动机，N n ＝1460r/min ，Z=36槽，每槽导体数为6，每极磁通为6102.2?=Φ Wb ，单叠绕组，问电枢电流为800A 时，能产生多大的电磁转矩？
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) ____________
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： XX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T st 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 3.1.1直流电动机的工作原理 下图所示为最简单的直流电动机工作原理示意图。
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
电机与拖动基础实验报告实验名称: 直流并励电动机实验成员:
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。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 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。 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）。 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。 （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。 （3）观察能耗制动过程 三、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44
3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-6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。 图2－6 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电 阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 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（50mA 或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。 + 电枢电源I S 励磁电源 I R 2
直流电机制动方式 直流电机的制动，有机械制动，再生制动，能耗制动，反接制动机械制动就是抱闸，是电动的抱闸。反接制动：当切断正向电源后，立即加上反向电源，使电动机快速停止，当电动机速度降到零时，装在电动机轴上的“反接继电器”立即发出信号，切断反向电源，防止电动机真的反转。 1、能耗制动。指运行中的直流电机突然断开电枢电源，然后在电枢回路串入制动电阻，使电枢绕组的惯性能量消耗在电阻上，使电机快速制动。由于电压和输入功率都为0，所以制动平衡，线路简单； 2、反接制动。为了实现快速停车，突然把正在运行的电动机的电枢电压反接，并在电枢回路中串入电阻，称为电源反接制动。制动期间电源仍输入功率，负载释放的动能和电磁功率均消耗在电阻上，适用于快速停转并反转的场合，对设备冲击力大。 3、倒拉反转反接制动适用于低速下放重物。制动时在电路串入一个大电阻，此时电枢电流变小，电磁转矩变小。由于串入电阻很大，可以通过改变串入电阻值的大小来得到不同的下放速度。 反接制动时，切换极性相反的电源电压，使电枢回路内产生反向电流：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消耗在电枢回路制动电阻上。
4、回馈制动。电动状态下运行的电动机，在某种条件下会出现由负载拖动电机运行的情况，此时出现 n >n0、Ea >U、 Ia 反向，电机由驱动变为制动。从能量方向看，电机处于发电状态——回馈制动状态。 正向回馈：当电机减速时，电机转速从高到低所释放的动能转变为电能，一部分消耗在电枢回路的电阻上，一部分返回电源； 反向回馈：电机拖位能负载（如下放重物）时，可能会出现这种状态。重物拖动电机超过给定速度运行，电机处于发电状态。电磁功率反向，功率回馈电源。
他励直流电动机的启动问题解析 电动机转子从静止状态开始转动，转速逐渐上升，最后达到稳定运行状态的过程称为启动。电动机在启动过程中，电枢电流 、电磁转矩 、转速n 都随时间变化，是一个过渡过程。开始启动的一瞬间，转速等于零，这时的电枢电流称为启动电流，用 表示，对应的电磁转矩称为启动转矩，用 表示。一般对直流电动机的启动有如下要求。 （1）启动转矩足够大（ > 电动机才能顺利启动）。 （2）启动电流 要限制在一定的范围内。 （3）启动设备操作方便，启动时间短，运行可靠，成本低廉。 直接启动就是在他励直流电动机的电枢上直接加以额定电压的启动方式，如下图所示。启动时，先合Q1建立磁场，然后合Q2全压启动。 启动开始瞬间，由于机械惯性，电动机转速 ，电枢绕组感应电动 势 ，由电动势平衡方程式 可知启动电流 启动转矩 上图为他励直流电动机的全压启动 显然直接启动时启动电流将达到很大的数值，将出现强烈的换向火花，造成换向困难，还可能引起过流保护装置的误动作或引起电网电压的下降，影响其他用户的正常用电；启动转矩也很大，造成机械冲击，易使设备受损。因此，除个别容量很小的电动机外，一般直流电动机是不容许直接启动的。 对于一般的他励直流电动机，为了限制启动电流，可以采用电枢回路串联电阻或降低电枢电压启动的启动方法。 电枢回路串电阻启动即启动时在电枢回路串入电阻，以减小启动电流 ,电动机启动后，再逐渐切除电阻，以保证足够的启动转矩。下图为三级电阻启动控制接线和启动工作特性示意图。电动机启动前，应使励磁回路附加电阻为零，以使磁通达到最大值，能产生较大的启动转矩。 a I em T st I st T st T L T st I 0=n 0C e ==n E a Φa a a R I E U +=a N st R U I =st st I T ΦT C =st I
实验一直流并励电动机的机械特性和调速 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要点 1、什么是直流电动机的机械特性？ 2、直流电动机调速原理是什么？ 三、实验项目 1、机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2，得到n=f（T2） 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a） （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f） 四、实验方法 1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44 3、并励电动机的机械特性 1）按图1-1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。R1用D44的180Ω阻值。R2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图1－1 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机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，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1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R2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。测取电动机电枢输入电流 I，转速n和校正电机的负载电流I F（由校正曲线查 a 出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录于表1-1中。 表1－1 U＝U N＝V I f=I fN= mA I f2= mA
一台并励直流电动机的技术数据如下：P N=,U N=110V, I =61A,额定励磁电流I fn=2A, n N=1500r/min,电枢电阻R a N =Ω,若忽略机械磨损和转子的铜耗，铁损，认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出它近似的固有机械特性曲线。 n0=U N n N/(U N-I N R a) T N=n N =110*1500/(110-61* =*5500/1500 =1687 r/min =35Nm 1687 一台他励直流电动机的技术数据如下：P N=,U N=220V, I =34.4A, n N=1500r/min, R a=Ω,试计算出此电动机的如N 下特性： ①固有机械特性； ②电枢服加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性； ③电枢电压为U N/2时的人为机械特性； ④磁通φ=φN时的人为机械特性； 并绘出上述特性的图形。 ①n0=U N n N/(U N-I N R a) =220*1500/*
= 1559r/min T N=n N =*6500/1500 = 1559 ②n=U/K eφ-(R a+R ad)T/K e K tφ2 = U/K eφ-(R a+R ad)T/φ2 当3Ωn=854r/min 当5Ωn=311 r/min
③n= U/K eφ-R a T/φ2 当U N=时n=732 r/min n0=U N n N/2(U N-I N R a) =780 r/min ④n= U/φ-R a T/φ 当φ=φ时n=1517 r/min n0=U N n N/φ =1964 r/min
摘要 本设计先介绍了他励直流电动机的工作方式，是为后面电动机制动作铺垫。对于制动，直流电机制动有很多种方式,一般有大致可分为三类，能耗制动，反接制动，回馈制动。他励直流电机能耗制动在工程上得到了广泛的使用，因为这种制动方式，简单可靠，安全经济。能耗制动原理其实就是将电流方向反向，产生相反的电磁转矩，从而产生一个与转速方向相反的力矩，达到减速制动的目的。在这次的设计中，我们着重讨论的是他励直流电机能耗制动。主要讨论关于能耗制动一些技术方面问题的分析与设计。 以两种方式讲解：图示法和公式法。在图示上直观的解释了他励直流电动机的停机过程，讲解了在不同的阶段，电动机的工作特性曲线的变动，在关键点的(电动机的瞬时态)讲解。在公式法中，我们将严格依据电动的工作特性曲线来讨论不同时态的变动，并且最重要的是在公式法中我们讨论了Rb的电阻要求，并讲解了为什么必须要串入电阻Rb。在下放重物的过程中方式同迅速停机一致，重点放在反向启动后，电动机的运行情况。并且运用之前所介绍的基础知识来讲解T，TL，To之间的关系。 关键词：能耗制动；迅速停机；放下重物；
目录 摘要................................................... I 1 设计任务和要求 .. (3) 1.1 设计任务 (3) 1.2 直流电动机的工作原理 (3) 1.3 他励电动机电路模型 (4) 2 他励直流电动机的机械特性 (5) 2.1 他励直流电动机固有机械特性 (6) 2.2 他励直流电动机人为特性 (6) 3 他励直流电动机的能耗制动 (8) 3.1 能耗制动过程——迅速停机 (9) 3.2 能耗制动运行——下放重物 (10) 4 能耗制动设计电路与参数确定 (13) 4.1 主电路与控制电路 (13) 4.2 电路参数确定 (14) 5 总结 (16) 参考文献..................................错误！未定义书签。
一台并励直流电动机的技术数据如下：P N=5.5KW,U N=110V, I N=61A,额定励磁电流I fn=2A, n N=1500r/min,电枢电阻 R a =0.2Ω,若忽略机械磨损和转子的铜耗，铁损，认为额定运行状态下的电磁转矩近似等于额定输出转矩，试绘出它近似的固有机械特性曲线。 n0=U N n N/(U N-I N R a) T N=9.55P N/n N =110*1500/(110-61*0.2) =9.55*5500/1500 =1687 r/min 1687 3.10P N=6.5KW,U =220V, I N=34.4A, n N =0.242Ω,试计算出N ①固有机械特性； ②电枢服加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性； ③电枢电压为U N/2时的人为机械特性； ④磁通φ=0.8φN时的人为机械特性； 并绘出上述特性的图形。 ①n0=U N n N/(U N-I N R a) =220*1500/220-34.4*0.242 = 1559r/min T N=9.55P N/n N =9.55*6500/1500
=41.38Nm 1559 41.38 ②n=U/K eφ-(R a+R ad)T/K e K tφ2 = U/K eφ-(R a+R ad)T/9.55K e2φ2当3Ωn=854r/min 当5Ωn=311 r/min ③n= U/K eφ-R a T/9.55K e2φ2 当U N=0.5U N时n=732 r/min n0=U N n N/2(U N-I N R a) =780 r/min ④n= U/0.8K eφ-R a T/9.55K e2φ20.82 当φ=0.8φ时n=1517 r/min
他励直流电动机的制动 电力拖动系统的制动就是产生一个与转速方向相反的制动力矩，使电动机停车或限速运行。这个制动力矩可由摩擦力产生、可由机械抱闸产生、甚至可用人力产生，但我们现讨论的是电气制动：即制动转矩由电动机本身产生。因此： 电动：电磁转矩T 与n 同向，T 是驱动转矩 制动：电磁转矩T 与n 反向，T 是制动转矩 1．由直流电动机的机械特性可知，T 与n 同向时，机械特性在Ⅰ、Ⅲ象限。 在第Ⅰ象限：n>0、T>0，称为正向电动。 在第Ⅲ象限：n<0、T<0，称为反向电动。 故电动机制动时，机械特性一定在Ⅱ、Ⅳ象限。 2．由于电力拖动系统的稳定工作点是负载特性与机械特性的交点，而任何负载特性都不会出现在第Ⅱ象限，系统不会在第Ⅱ象限有稳态运行点，因此凡第Ⅱ象限即n>0、T<0时的制动仅是一个过渡过程，称为制动过程。第Ⅱ象限的制动仅可用于令拖动系统减速停车。 只有位能性负载如起重机拖动的重物，才会出现在第Ⅳ象限，故电动机只有拖动位能性负载才可能以制动状态稳定运行，称为制动运行。此时n<0、T>0，电机以稳定的速度下降重物。故第Ⅳ象限的制动用于限速下放重物，阻止重物以自由落体速度下降。 根据电动机制动转矩产生的方法不同，就称为不同的制动方法。讨论各种不同的制动方法所用的都是同一个公式，只是根据不同的制动情况代入不同的数据就行了，应依靠机械特性曲线帮助判断应代入的数据及其正负。 机械特性公式：a a c e N U I R R n C φ-（＋）＝ 或：n ＝e N U C φ－29.55()a c e N R R T C φ＋ 若要计算电流或所串电阻的大小，由上式移项即可： a e N a a c a c U E U C n I R R R R φ--= =+＋ 其中：由于是他励机，故e N C φ是常数不变。 a e N c a a a a U E U C n R R R I I φ--= =-－
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f I 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1P 将 ，电枢电流a I ，转速n 将 ，电动机的效率η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I 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I 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，a I ；当负载增加时，T e ，a I ；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。