直流电动机起动仿真试验
研究不同励磁方式直流电动机的直接起动过程,观察其中转速、电磁扭矩及电枢电流的变化规律。
1.问题分析
直接启动是指额定工作电压直接加到电动机电枢绕组两端后电动机的起动方式。根据电机学的知识可知，这种起动方式起动设备简单，起动转矩大、速度快，但起动电流较大，因此适应于小负债起动。另外，起动过程属于电机的动态过程之一，相比M文件函数编程，使用Matlab/Simulink进行可视化仿真更具有优势。
在Matlab/Simulink中选择新建仿真文件，从Simulink/PowerSystem 中依次选择直流电源、开关、直流电动机、示波器等模块并按照电路要求进行连接，即可建立仿真模型。
基本模块搭建完毕，同样需要对各模块进行参数设置，重点是其中的直流电机模块。其中参数主要涉及电枢电阻、电抗、励磁电阻、电抗、电枢与励磁之间的互感、初始转动惯量、摩擦系数、空载阻转矩、初始速度等。
2.他励直流电动机的直接起动模型。
3实践-降压起动、串电阻起动方式下模型建立，起动特性分析。（提交模型文件、数据分析报告）
1.他励直流电机的直接启动模型
仿真结果如下图所示
电机电压变化图
电机电流变化图
电机转矩变化图
电机转速变化图
实验结果分析：
直接启动时启动电流将很大，一般情况下能达到其额定电流的10—20倍。这样大的启动电流会使电动机在换向过程中产生危险的火花，甚至烧坏整流子。而且过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引起绕组的损坏。同时，产生与启动电流成正比例的启动转矩，会在机械系统和传动机构中产生过大的动态转矩冲击，使机械传动部件损坏。因此，对于普通的直流电动机，规定电枢的瞬时电流不得大于额定电流的2倍。所以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。
解决方案：
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。
2.他励直流电动机的串电阻启动模型
仿真结果如下图所示
电机电压变化图
电机电流变化图
电机转矩变化图
电机转速变化图
实验结果分析：
与直接启动相比，电枢串电阻很好的将启动电流过大和转矩过大的问题都解决了，由于采用串电阻启动，每切除一电阻，就会导致这一时刻的电压会突然升高，导致冲击电流很大，这样对设备是不利的，为避免这种情况，通常采用逐级切除启动电阻的方法来启动。电枢串电阻启动设备简单，操作方便，但能耗较大，它不宜用于频繁启动的大、中型电动机，可用于小型电动机的启动。
3.他励直流电机降低电枢电压启动模型
仿真结果如下图所示
电机电压变化图
电机电流变化图
电机转矩变化图
电机转速变化图
实验结果分析：
同电枢串电阻一样，降低电枢电压也较好的将启动电流过大和转矩过大的问题都解决了，由于电压是随着时间突变的，导致电流也会在同一时刻产生一过大的冲击电流，转矩随着电流的变化而变化。但是如果电压与时间呈线性关系，则前面的这些问题都不复存在。因此，降压启动虽然需要专用电源，设备投资大，但它启动电流小，升速平滑，并且启动过程中能量消耗也较少，因而得到广泛应用。
实验心得及体会：
本次实验对他励直流电动机的启动进行了分析和仿真，通过分析可知：他励直流电动机直接启动时存在启动电流大、启动转矩大的缺点，通过降低电枢回路电压，或者串联电阻可有效减小启动电流和启动转矩。启动级数越多，T1、T2与平均转矩T=（T1+T2）/2越接近，启动过程就越快越平稳，但所需的控制设备也就越多。如果启动级数、启动电阻大小、切换时刻设计合适，可把直流电动机启动电流限制在一定范围内，使电动机既能快速启动，又能限制启动电流和启动转矩。同时学会了用Matlab/Simulink对电机不同启动方法模型进行仿真；也加深了我对直流电机的固有机械特性，人为机械特性，以及启动特性的进一步了解。
实验一直流电动机起动实验 一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R F=181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。 四、实验步骤 1) 建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2 π =9.55。 2) 计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“ 0” 电枢电阻 R a =0.0870 电枢电感估算
《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。
物理八年级人教新课标实 验安装直流电动机模型 Prepared on 22 November 2020
实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。 源电压，否则容易把电 动机模型烧坏。
2.为了使线圈在转动到平衡位置时，适时地改变线圈中电流方向，必须十分注意通电线圈 和换向器安装是否符合要求，应该使换向器两个铜质半环的绝缘处（断开处）的边线与线圈平面垂直。 3.电刷和换向器安装的松紧要适当，太松会接触不良形成开路，太紧会使电刷与铜质半环 间摩擦过大妨碍线圈的转动。 4.若接通电源后，电动机模型不转动，则可能有以下故障： ①滑动变阻器的连入阻值过大。②电刷与换向器间接触不良。③线圈正好处于平衡位置。 ④电磁铁没有磁性（或磁体没有放置好，磁场较弱）⑤电路的其它部分开路。☆） 实验报告 实验：安装直流电动机模型 初三( )班姓名：_____________ 座号：_______ _____年___月___日 实验目的：1.安装直流电动机模型。 2.研究直流电动机的转动方向和转速。 实验器材：直流电动机模型(散件)，干电池组、滑动变阻器、开关、导线若干。 实验步骤：1.安装直流电动机模型。 2.画出直流电动机模型与变阻器、电源、开关、组成的串联电路 图。 3.按电路图连接电路。 4.经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器至合适位置，观察电动机线圈转动情况。 5.按下表进行实验，结论填入表中。
目录 1．直流电动机简介 (1) 2．直流电动机的相关内容 (1) 3．直流电动机调速简介 (4) 4．他厉直流电动机的调速方法 (6) 5．设计内容 (10) 6．结论 (12) 7．参考文献 (13) 8．致谢 (14) 9．设计感想 (15)
直流电动机调速设计 一. 直流电动机 直流电动机是人类最早发明和应用的电机。与交流电机相比，直流电机因结构复杂，维护困难，价格较贵等缺点制约了它的发展，但是由于直流电动机具有优良的起动，调速和制动性能，因此在工业领域中占有一席之地。它是实现了电能转换成机械能的电机。 二.有关内容： 〈一〉直流电动机的分类 1、他励直流电动机 2、并励直流电动机 3、串励直流电动机 4、复励直流电动机 〈二〉直流电动机用途 直流电动机具有优良的调速性能，调速范围宽，精度高，平滑性好，且调节方便，还具有较高的过载能力和优良的起动、制动性能，因此直流电动机特别适合于要求宽度调速范围的电气传动和有特殊性能要求的自动控制系统，例如：轧钢机、电力机、城市电车等。 直流电机与交流电机相比，其主要的缺点是换向问题。它限制了直流电机的最大容量，增加了运行维护工作量，也导致其制造成本较高。但目前仍有不少场合使用直流电动机。
〈三〉直流电动机的结构 图1 直流电机装配结构图 1—换向器 2—电刷装置 3—机座 4—主磁极 5—换向极 6—端盖 7—风扇 8—电枢绕组 9—电枢铁心 直流电动机主要由磁极，电枢，换向器三部分组成。 （1）磁极是电动机中产生磁场的装置，它分为极心和极掌两部分。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空隙中磁感应强度得分布最为合适，并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的，固定在机座上；机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。 （2）电枢。电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心成圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组。（3）换向器。换向器是直流电动机的一种特殊装置，主要有许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组可以同外电路连接。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。
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
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 直流电动机调速系统设计 初始条件： 采用MC787组成触发系统，对三相全控桥式整流电路进行触发，通过改变直流电动机电压来调节转速。 要求完成的主要任务: （1）设计出三相全控桥式整流电路拓扑结构； （2）设计出触发系统和功率放大电路； （3）采用开环控制、转速单闭环控制、转速外环+电流内环控制。 (4) 器件选择：晶闸管选择、晶闸管串联、并联参数选择、平波和均衡电抗 器选择、晶闸管保护设计 参考文献： [1] 周渊深.《电力电子技术与MATLAB仿真》.北京：中国电力出版社， 2005:41-49、105-114 时间安排： 2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1概述 0 2转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 0 2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成 0 2.2 稳态结构框图和静特性 (1) 3双闭环直流调速系统的数学模型与动态过程分析 (2) 3.1双闭环直流调速系统的动态数学模型 (2) 3.2双闭环直流调速系统的动态过程分析 (3) 4转速电流双闭环直流调速系统调节器的工程设计 (5) 4.1转速和电流两个调节器的作用 (5) 4.2调节器的工程设计方法 (5) 4.2.1设计的基本思路 (6) 4.3 触发电路及晶闸管整流保护电路设计 (6) 4.3.1触发电路 (6) 4.3.2整流保护电路 (7) 4.3.2.1 过电压保护和du/dt限制 (7) 4.3.2.2 过电流保护和di/dt限制 (8) 4.4 器件选择与计算 (8) 5心得体会 (13) 参考文献 (14) 附录：电路原理图 (15)
初中物理直流电动机实验 初中物理直流电动机实验 观察与思考 1．试总结使直流电动机转向和转速改变的因素. 2．试推想交流电动机的工作原理。 3．玩具小汽车，坦克等车辆能向前后两个方向运动，而车轮的转动由车内的电动机带动，问汽车、坦克等车辆怎样改变运动方向的？ 实验结论 1.通过增大电流、增强磁场，可以使电动机的转速变快。即改变电流大小、改变磁场的强弱可以改变电动机的转动速度； 2. 只要改变电流的方向或磁场的方向中的一个，就可以改变电动机转动的方向。 实验考点 这个实验所涉及的内容，往往考查电动机的转动速度与哪些因素有关，转动的方向与哪些因素有关，以及电动机的原理，往往以探究题、填空题等形式出现。 经典考题 1. 科学家通过长期研究，发现了电和磁的联系，其中最重要的两种研究如上图所示。 （1）甲图是研究_________现象的装置，根据这一现象制了
________机。 （2）乙图是研究_____________的装置，根据这一现象制成了_________机。 3. 在安装直流电动机模型的实验中，安装完毕后闭合开关，线圈沿顺时针方向转动，要想使线圈沿逆时针方向转动，正确的做法是（） A. 减少一节电池 B. 调换磁性更强的磁铁 C. 把电源正、负极和磁铁南、北极同时对调 D. 把电源正、负极对调或磁铁南、北极对调 观察与思考答案 1. 电流的方向,磁铁磁极的方向能改变电动机的转向,电流的强弱、磁场的强弱、线圈的特性能改变转速。 2. 交流电动机采用交流电源，利用电流方向的改变使线圈在磁场中受力方向改变，从而维持线圈的不断转动。 3. 当电流方向发生改变时，电动机的转向随之发生改变，进而使车轮也反向转动，达到向前后两个方向运动的目的。 经典考题答案 1.要明确电动机的原理和发电机的原理，这两个实验比较相似，是同学们容易混淆的两个知识点。发电机的原理图中没有电源而有电流表，电动机的图中有电源，没有电流表。
第一章：概述 直流电动机是人类发明最早和应用的一种电机。与交流电机相比，直流电机因结构复、维护苦难，价格昂贵等缺点制约了它的发展，应用不及交流电机广泛。但由于直流电动机具有优良的启动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。 转速调节的主要技术指标是：调速范围D和负载变化时对转速的影响即静差率，以及调速时的允许负载性质等（静差率就是表示在负载变化时拖动装置转速降落的程度。静差率越小，表示转速稳定性越好，对生产机械，如机床加工的零件，其加工的精度及表面光洁度就越高）。而直流电动机的突出优点是恰好是能在很大的范围内具有平滑，平稳的调速性能，过载能力较强，热动和制动转矩较大。 因此，从可靠性来看，直流电动机仍有一定的优势。 调节直流电动机转速的方法有三种： （１）电枢回路串电阻； （２）改变励磁电流； （３）改变电枢回路的电源电压； 而本文从另一个角度来阐述直流电机的速度控制，即利用自动控制中的反馈来调节电机的平稳运行以达到各项性能指标。
第二章：系统数学模型 本系统的简化方框图为： 其对应的原理图为： 控制系统的被控对象为电动机（带负载），系统的输出量是转速w ，参数亮是Ui 。控制系统由给定电位器、运算放大器1（含比较作用）、运算放大器2（含RC 校正网络）、功率放大器、测速发电机、减速器等部分组成。 工作原理为：当负载角速度ω和电动机角速度m ω一致的时候，反馈电压为0，电机处于平衡状态即电动机运行稳定。当负载的角速度收到干扰的作用时，ω和m ω失谐，控制系 统通过反馈电压的作用来改变m ω直到达到新的一致使系统恢复稳定，电机稳定运行。
2.1直流电动机的数学模型： 直流电动机的数学模型。直流电动机可以在较宽的速度范围和负载范围内得到连续和准确地控制，因此在控制工程中应用非常广泛。直流电动机产生的力矩与磁通和电枢电流成正比，通过改变电枢电流或改变激磁电流都可以对电流电机的力矩和转速进行控制。图2.2是一个电枢控制式直流电动机的原理图。在这种控制方式中，激磁电流恒定，控制电压加在电枢上，这是一种普遍采用的控制方式。 设为输入的控制电压 电枢电流 为电机产生的主动力矩 为电机轴的角速度 为电机的电感 为电枢导数的电阻 为电枢转动中产生的反电势 为电机和负载的转动惯量 根据电路的克希霍夫定理 (2-1) 电机的主动转矩 (2-2) 其中为电机的力矩常数。 反电势 (2-3) 式中为电机反电势比例系数 力矩平衡方程
实验八直流并励电动机 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.实验方法 1．并励电动机的工作特性和机械特性。 表1-8 U=U N=220V I f=I fN= 80.8 mA 2．调速特性 （1）改变电枢端电压的调速 （2）改变励磁电流的调速 三．实验报告 1.由表1-8计算出P2和η，并绘出n、T2、η=f(I a)及n=f(T2)的特性曲线。
图1 n=f(I a)特性曲线图2 T2=f(I a)特性曲线 图3 η=f(I a)特性曲线图4 n=f(T2)特性曲线 2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U a)和n=f(I f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。 图5 特性曲线n=f(U a)图6 特性曲线n=f(I f) 在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点： 改变电枢端电压的调速是在额定转速以下调节转速的方法，电压Ua越小，转速n越小。优点：（1）可实现平滑的无级调速；（2）相对稳定性较好；（3）调速经济性较好；（4）调速范围大。 缺点：需要专用的可调压直流电源。 改变励磁电流的调速是在额定转速以上调节转速的方法，励磁电流If减小，磁通Φ变小，转速n升高。 优点：（1）可实现无级调速；（2）稳定性好；（3）调速经济性较好；（4）控制方便，能量损耗小。 缺点：受电动机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，调速范围不大。
四．思考题 1.并励电动机的速率特性n=f(I a)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答：根据并励电动机的速率特性公式，若忽略电枢反应，当电枢回路电流I a增加时，转速n下降；若考虑电枢反应的去磁效应，磁通Φ下降可能引起转速n的上升，即出现上翘现象。这样的变化与电枢回路电流I a增大引起的转速n降低抵消，使电动机的转速n变化很小。 2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？ 答：由直流电动机机械特性的表达式可知，转速n与电枢电压Ua成正比、与磁通量Φ成反比，所以减小电压时，转速n下降。 3.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？ 答：由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以励磁电流I f减小时，主磁通也随着减小。由机械特性的表达式可知，当磁通Φ减小时，转速n升高。 4.并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”？为什么？ 答：不一定。因为当电动机负载较轻时，电动机的转速将迅速上升直至超过允许值，造成“飞车”；但若电动机的负载为重载时，则电动机的电磁转矩将小于负载转矩，使电动机转速减小，但电枢电流将飞速增大，超过电动机允许的最大电流值，烧毁电枢绕组。
直流电动机调速设计
直流电动机调速设计 一、要点： 加深对《电机与拖动》这门学科的理解，拓展知识面，并了解直流电动机调速在实际生产中的应用。 要在设计的过程中充分利用已经掌握的《电机与拖动》的知识来解决问题，要做到理论联系实践。 通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术指标资料等，培养电机设计的基本技能。 掌握对直流电动机的三中调速方法； 掌握各种方法对直流电机调速的原理和步骤； 理解各种方法电机调速的优缺点； 培养独立思考问题和独立解决问题的能力。 二、原理： (一)、直流电动机的物理模型： 直流电动机的物理模型图 这是分析直流电机的物理模型图。 其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的) 上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 （二）、直流电动机的工作原理
（三）、直流电动机的励磁方式： （1）定义：直流电机产生磁场的励磁绕组的接线方式称为励磁方式，实质上就是励磁绕组和电枢绕组如何连接，就决定了它是什么励磁方式。 （2）分类：他励式和自励式 他励式：若励磁绕组不和电枢绕组连接，励磁绕组单独有其他电源供电的直流电机称为他励式直流电机。 自励式：分为串联式、并励式、复励式三种。 （四）、直流电动机的分类： 1、他励直流电动机； 2、并励直流电动机； 3、串励直流电动机； 4、复励直流电动机。 （五）、调速的含义： 在实际的生产过程中，很多方面都要求能改变电机的工作速度。例如金属切削机床，由于加工工件的精度要求不同，对电机工作时的速度的要求也就不同。所谓调速就是根据电力拖动系统的负载特系的特点，通过改变电动机的电源电压、电枢回路电阻或减弱磁通而改变来改变电动机的特性来人为的达到给系统调速的目的，以满足实际的工作需要的一种方法。 （六）、调速的方法有三种： 1、改变电枢电阻调速；
第一部分电机与拖动实验的基本要求和安全操作规程电机与拖动实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。 一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，记录电机铭牌和选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每条支路可用相同颜色的导线或插头。 4、测取数据 预习时对电机的试验方法及所测数据作到心中有数。实验时,根据实验步骤逐次测取数据。三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过分析后写出的心得体会。 实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告包括以下内容： 1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。 2) 列出实验中所用组件的名称及编号，电机铭牌数据(P N、U N、I N、n N）等。 3) 注明实验时所用线路图中仪表量程，电阻器阻值，电源端编号等。 4) 数据的整理和计算 5) 按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线。 6) 根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。
课程设计(论文) 题目名称直流电动机控制电路的设计 课程名称电力拖动基础课程设计 学生姓名周孝雄 学号0941202031 系、专业电气工程系、09自动化 指导教师邱雄迩 2011年12 月18 日
邵阳学院课程设计（论文）任务书 注： 1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效； 2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
指导教师（签字）：学生（签字）：
邵阳学院课程设计（论文）评阅表 学生姓名周孝雄学号0941202031 系电气工程系专业班级09自动化班 题目名称直流电动机控制电路的设计课程名称电力拖动基础一、学生自我总结 二、指导教师评定 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
当今，自动化控制系统在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。直流电动机应用如此之广，主要在于其采用了PWM脉宽调制电路来控制直流电动机的调速。在这里介绍了PWM脉宽产生的电路。该电路运用模拟电子电路基础知识完成，利用产生的方波信号带动负载转动。本设计原理简单，易于理解，电路实现简单。我们先概括介绍了电路中锁需要的电路模块，然后给出了整体的电路图，并做了测试及得出测试结果。 关键词：直流电动机，PWM，三极管
1绪论 (7) 1.1概述 (7) 1.2 直流电动机的基本理论 (7) 1.3直流脉宽调速系统 (10) 2 元器件介绍 (13) 2.1 SG2731 (13) 2.2 三极管C4466 和 A1693 (16) 3 系统设计方案 (17) 3.1直流电动机控制电路 (17) 4直流电动机控制电路的测试 (19) 4.1 测试步骤 (19) 4.2 测试结果 (19) 5实验总结 (21) 参考文献 (22)
F 实验一直流电动机起动实验 一、实验目的 理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、 转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R =181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理 直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电 磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可 达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这 样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖 动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢 电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不 允许采用直接起动的。 四、实验步骤 1)建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2π =9.55。 2)计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0” 电枢电阻 电枢电感估算R a =0.0870
直流电动机教学设计 教案是每个老师上课必备的讲课材料，但一份好的教案，也能决定一堂课的质量。如何备好教案呢?以下文章“直流电动机教学设计”由出国留学网为您提供，希望对您有所帮助!直流电动机教学设计(一)教学目的 1.知道直流电动机的原理和主要构造。2.知道换向器在直流电动机中的作用。3.了解直流电动机的优点及其应用。 4.培养学生把物理理论应用于实际的能力。(二)教具如课本图12—10的挂图和模型，两个箭头标志(可用饮料盒铝片制作)，自制直流电动机模型(参见图12—2)，直流电动机原理挂图一幅，小型直流电动机一台，学生电源一台。(三)教学过程1.复习提问：上节课我们做实验给磁场中的导体通电，发现了什么?(学生回答：通电导体在磁场中受力)。提问：这个力的方向与哪两个因素有关?(学生回答之后，教师强调：改变电流方向，或改变磁感线方向，导体受力方向就随着改变) 提问：出示如课本12—10甲的挂图和模型，根据上面的结论，通电线圈在磁场中是怎样受力的?(学生回答：ab边受力向上，cd边受力向下) 提问：在这两个力的作用下，线圈怎样运动?(学生回答：线圈会转动) 提问：这个现象中能量是怎样转化的?(学生回答：电能转化为机械能) 2.引入新课教师陈述：电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的，当然，我们先讨论最简单的一种电动机—直流电动机。给出直流电动机定义，并板书：〈第五节直流电动机〉3.进行新课(1)使磁场中的通电线圈能连续转动的办法很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动(转到平衡位置要停下来)，而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢?(此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动，还可简介各国对理论应用于实际的重视，以培养学生对应用科学的兴趣)要解决这个问题，我们还得进行深入研究。提问：在上节课的演示实验中，线圈转到平衡位置时是立即停止吗?为什么它不立即停止?(学生答：由于惯性线圈会稍转过平衡位置) 提问：转过平衡位置后，为什么它又转回来呢?(利用模型分析：转过平衡位置后，ab边受力仍朝上，cd边受力仍朝下，正是这一对力使线圈转回来的) 提问：要使线圈不转回来，应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向，即使线圈刚转过平衡位置就使ab边受力变为向下，cd边受力变为向上。怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢? 引导学生回忆影响受力方向的两个因素，从而得出：应该在此时改变电流方向，或者改变磁感线方向。进一步引导学生分析：改变磁感线方向就是要及时交换磁极，显然这不容易做到;实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。板书：〈1.使磁场中的通电线圈连续转动，就要每当线圈刚转过平衡位置，就改变一次电流方向。〉(2)换向器提问：怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢? 让学生想办法并开展讨论，教师下去了解学生的情况并鼓励和指导。教师出示：两个半圆铝环和电刷，指出：靠这两样东西就可以解决问题。待学生思考片刻，教师出示已准备的与课本图12—12相似的模型，说明铝环与线圈的连接情况和铝环与电刷的配合过程。引出换向器的概念并板书：〈2.换向器的作用：当线圈刚转过平衡位置时，换向器能自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈受力方向，使线圈连续转动。〉让学生仔细观察课本图12—12，进一步弄清楚线圈转动过程，重点是甲图和丙图，回答教师填空式的提问：甲图：电流方向是a→b→c→d，受力方向是ab边受力向上，cd边受力向下，转动方向是顺时针。丙图：电流方向是d→c→b→a，受力方向是ab边受力向下，cd边受力向上，转动方向是顺时针。(3)直流电动机的构造出示：直流电动机，介绍主要构造：磁极、线圈、换向器、电刷。板书：〈3.直流电动机的构造〉演示：给直流电动机通电转动，提高学生兴趣(若时间不允许，可省些演示)。告诉学生：下节课同学们将自己装一台小直流电动机，进一步弄清楚它的有关知识。让学生阅读课文最后两个自然段，了解直流电动机的优点和应用。4.小结(略) 5.作业：(不要求笔做) (1)预习下节内容。(2)比较直流电动机和交流发电机，从原理、构造和能量转化等方面说出它们的区别。(四)说明 1.本节采用程序性的提问和讨论，启发学生弄清
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
直流电动机设计方案 第1章前沿 1.1 课题研究的背景及意义 直流电动机以其良好的起动、制动性能，较宽范围内平滑调速的优点，在许多调速要求较高、要求快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流调速技术得到了很快的发展，在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用，比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机；而且从控制规律的角度来看，交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的，从某种意义上说有相似的地方。因此，掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。 从生产机械的要求的角度看，电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是电力拖动控制系统最基本的系统[1]。 从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看，直流电机目前依旧应用于工业生产中，并广泛应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长，影响着人们的生产生活水平，因此，对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。 1.2 课题发展历程及趋势 在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具，其应用已经渗透到人们的工作、学习、生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成，由于模拟器件存在的固有缺点，比如存在温漂，零漂电压等，使系统控制精度和可靠性降低。后来，随着可编程控制器比如AT89C51，PLC等和IGBT、GTR等电力电子开关器件，传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段，这使得直流电机调速系
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,T0 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 (5) 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 (6) 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 (8) 3、参数的设定与计算 (10) 3.1中间参数的计算 (11) 3.2迅速停机时的制动电阻b R (11) 3.3下放重物时的制动电阻b R (11) 3.4迅速停机过程参数与稳定下放重物过程参数的对比 (12)
概述 (2) 1 设计任务与分析 (3) 1.1 任务要求 (3) 1.2 任务分析 (3) 2方案选择及论证 (4) 2.1 三相可控整流电路的选择 (4) 2.2 触发电路的选择 (4) 2.3 电力电子器件的缓冲电路 (5) 2.4 电力电子器件的保护电路 (5) 3主电路设计 (7) 3.1 整流变压器计算 (7) 3.1.1 U2的计算 (7) 3.1.2一次侧和二次侧相电流I1和I2的计算 (8) 3.1.3变压器的容量计算 (8) 3.2 晶闸管元件的参数计算 (9) 3.2.1晶闸管的额定电压 (9) 3.2.2晶闸管的额定电流 (9) 3.3 电力电子电路保护环节 (10) 3.3.1交流侧过电压保护 (10) 3.3.2直流侧过电压保护 (11) 3.3.3晶闸管两端的过电压保护 (11) 3.3.4过电流保护 (11) 4触发电路设计 (11) 4.1 触发电路主电路设计 (11) 4.2 触发电路的直流电源 (13) 5电气原理图 (14) 小结与体会 (15) 参考文献 (16) 附录 (16)
直流电动机具有良好的起动和制动性能，广泛应用于机械、纺织、冶金、化工、轻工等工业系统。随着电力电子技术的发展，晶闸管在直流电动机的调速系统中得到广泛应用。晶闸管直流电动机调速系统，可实现电动机的无级调速，具有调节范围宽，控制精度高，使用寿命长、成本低等优点。正确掌握晶闸管直流电动机调速系统的设计方法，对系统的可靠运行及应用有重大意义。 本设计以晶闸管直流电动机调速装置为主，介绍了系统的各个部件的组成及主要器件的参数计算。调速装置以可控整流电路作为直流电源，把交流电变换成大小可调的单一方向直流电。通过改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚来改变直流电压的平均值。 关键词：可控整流晶闸管触发电路保护电路
实验三直流电动机 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 1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1） 2．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2） 3．可调电阻箱（NMEL-03/4） 4．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13） 5．开关（NMEL-05） 6．直流电压、电流表 7．直流并励电动机M03 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。 V、A：直流电压表（量程为300V档）、直流电流表（量程为2A档）。 a．将直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。检查涡流测功机
与NMEL-13是否相连，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针旋到底，使船形开关处于“ON ”，按实验一方法起动直流电机，使电机旋转，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，调节直流电动机电枢电源的输出至220V ，再分别调节直流电动机励磁电源和“转速/转矩设定”旋钮，使电动机达到额定值 ： U=U N =220V ， I=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”转速/转矩设定”旋钮，测取电 动机电枢电流I 、转速n 和转矩T 2，共取数据7-8组填入表1-8中。 表1-8 U=U N =220V I f =I fN = 73 mA 2．调速特性 （1）改变电枢端电压的调速 实验线路如图1-6所示。 a ．按上述方法起动直流电机后，同时调节”转速/转矩设定”旋钮，直流电动机电枢电压和直流电动机励磁电流，使电动机的U=U N ，I=0.5I N ，I f =I fN ，记录此时的T 2=0.63 N.m 。 b ．保持T 2不变，I f =I fN 不变，逐次降低电枢两端的电压U ，每次测取电压U ，转速n 和电枢电流I ，共取7-8组数据填入表1-9中。 （2）改变励磁电流的调速 a ．直流电动机起动后，将直流电动机励磁电流调至最大，调节直流电动机电枢电源为220V ，调节”转速/转矩设定”旋钮，使电动机的U=U N ，I a =0.5I N ，记录此时的T 2=0.75 N.m b ．保持T 2和U=U N 不变，逐次减小直流电动机励磁电流，直至n=1.3n N ，每次测取电 图1-6 直流电动机接线图 直流机电枢电源