直流电机启动方法
直流电机从接通电源开始转动，直至升速到某一固定转数稳定运行，这一过程称为电动机的启动过程。直流电机有直接合闸起动、串电阻起动和降电压启动三种方法。
由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小，而转动体具有一定的机械惯性，因此当直流电机接通电源后，起动的开始阶段电枢转速以及相应的反电动势很小，起动电流很大。最大可达额定电流的15～20倍。这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花。因此直接合闸起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机。
为了限制起动电流，常在电枢回路内串入专门设计的可变电阻。在起动过程中随着转速的不断升高及时逐级将各分段电阻短接，使起动电流限制在某一允许值以内。这种起动方法称为串电阻起动，非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电机中。但由于起动过程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流电机。但对于某些特殊需要，例如城市电车虽经常起动，为了简化设备，减轻重量和操作维修方便，通常采用串电阻起动方法。
对容量较大的直流电机，通常采用降电压起动。即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电，控制电源电压既可使电机平滑起动，又能实现调速。此种方法电源设备比较复杂。下面和松文机电具体了解一下这些启动方式。
a.直接合闸起动。
直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动。由于电动机所加的是额定电源，而电动机开始接通电源瞬间电枢不动，电枢反电动势E。为零，所以启动时电流很大。启动时电动机最大电流为正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电动机启
动迅速，启动时间短。
不过，电动机一旦开始运转，电枢绕组就有感应电动势产生，且转数越高，电枢反电动势就越大。随着电动机转数上升，电流迅速下降，电磁转矩也随之下降。当电动机电磁转矩与负载阻力转矩相平衡时，电动机的启动过程结束而进人稳定运行状态。
直接合闸起动的优点是不需其他设备，操作简便；缺点是启动电流大。它只适用于小型电动机，如家用电器中的直流电机。
b. 串电阻起动
串电阻起动就是在启动时将一组启动电阻RP串人电枢回路，以限制启动电流，而当转数上升到额定转数后，再把启动变阻器从电枢回路中切除。
串电阻起动的优点是启动电流小；缺点是变阻器比较笨重，启动过程中要消耗很多的能量。
c．降电压起动。
降电压起动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制启动电流，当然降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率直流电机。
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指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学移通学院 课程设计报告 设计题目：直流电机的串电阻启动过程设计 学校： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：年月 重庆邮电大学移通学院
目录 一、直流电动机的综述 (4) 1.1直流电动机的基本工作原理 (4) 1.2直流电动机的分类 (5) 1.3直流电动机的特点 (5) 二、他励直流电动机 (5) 2.1他励直流电动机的机械特性 (5) 2.2固有机械特性与人为机械特性 (6) 三、他励直流电动机的起动 (7) 3.1直流电动机的启动过程分析 (8) 3.2他励直流电动机起动电阻的计算 (9) 四、设计内容 (10) 五、结论 (11) 六、心得体会 (12) 七、参考文献 (12)
一、直流电动机的综述 1.1直流电动机的基本工作原理 图1 是一台最简单的直流电动机的模型，N和S是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。 如果将电源正负极分别接电刷A和B,则线圈abcd中流过电流。在导体ab中，电流由a 流向b，在导体cd中，电流由c流向d，如图（a）所示。载流导体ab和cd均处于N和S 极之间的磁场当中，受到的电磁力的作用。用左手定则可知，载流导体ab受到的电磁力F 的方向是向左的，力图使电枢逆时针方向运动，载流导体cd受到的电磁力F的方向是向右的, 也是力图使电枢逆时针方向运动，这一对电磁力形成一个转矩, 即电磁转矩T，其方向为逆时针方向，使整个电枢沿逆时针方向转动。当电枢转过180°, 导体cd转到N极下，ab转到S极上，如图（b）所示。由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，再从电刷B流出。用左手定则判别可知，导体cd受到的电磁力的方向是向左的，ab受到的电磁力的方向是向右的，因而电磁转矩的方向仍是逆时针方向,使电枢沿逆时针方向继续转动。当电枢在转过180°，就又回到图（a）所示的情况。这就是直流电动机的基本工作原理。
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
直流电机启动方法 直流电机从接通电源开始转动，直至升速到某一固定转数稳定运行，这一过程称为电动机的启动过程。直流电机有直接合闸起动、串电阻起动和降电压启动三种方法。 由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小，而转动体具有一定的机械惯性，因此当直流电机接通电源后，起动的开始阶段电枢转速以及相应的反电动势很小，起动电流很大。最大可达额定电流的15～20倍。这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花。因此直接合闸起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机。 为了限制起动电流，常在电枢回路内串入专门设计的可变电阻。在起动过程中随着转速的不断升高及时逐级将各分段电阻短接，使起动电流限制在某一允许值以内。这种起动方法称为串电阻起动，非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电机中。但由于起动过程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流电机。但对于某些特殊需要，例如城市电车虽经常起动，为了简化设备，减轻重量和操作维修方便，通常采用串电阻起动方法。 对容量较大的直流电机，通常采用降电压起动。即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电，控制电源电压既可使电机平滑起动，又能实现调速。此种方法电源设备比较复杂。下面和松文机电具体了解一下这些启动方式。 a.直接合闸起动。 直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动。由于电动机所加的是额定电源，而电动机开始接通电源瞬间电枢不动，电枢反电动势E。为零，所以启动时电流很大。启动时电动机最大电流为正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电动机启
动迅速，启动时间短。 不过，电动机一旦开始运转，电枢绕组就有感应电动势产生，且转数越高，电枢反电动势就越大。随着电动机转数上升，电流迅速下降，电磁转矩也随之下降。当电动机电磁转矩与负载阻力转矩相平衡时，电动机的启动过程结束而进人稳定运行状态。 直接合闸起动的优点是不需其他设备，操作简便；缺点是启动电流大。它只适用于小型电动机，如家用电器中的直流电机。 b. 串电阻起动 串电阻起动就是在启动时将一组启动电阻RP串人电枢回路，以限制启动电流，而当转数上升到额定转数后，再把启动变阻器从电枢回路中切除。 串电阻起动的优点是启动电流小；缺点是变阻器比较笨重，启动过程中要消耗很多的能量。 c．降电压起动。 降电压起动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制启动电流，当然降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率直流电机。
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
首先，电厂中的直流油泵用在什么地方，一般多用在润滑油系统，称为直流润滑油泵或事故油泵；如是氢冷发电机组的话，密封油系统通常也设置一台，名称也是直流密封油泵或事故密封油泵。作用是什么呢？一般是考虑全厂失电的情况下，保护汽轮机大轴和氢气扩散至空气中，这些都可以从部颁的二十五项反措中找到设计直流油泵的原因，什么防汽轮机大轴弯曲了，氢爆了等等。 其次，再说直流电机的分类，一般有串励、并励、他励三种，至于派生出什么积复励和差复励等等咱就不研究了。像刚才所说的油泵电机，容量都不会太大，所以此类直流电机一般都设计为并励直流电机。像15楼所述怕电机飞车这种情况一般只出现在自励直流电机上；当然了，自励电机和并励电机各自有各自的优缺点，在什么地方使用跟需要实现什么功能有关，这里就不再啰嗦了 第三，先上一个图，这是电厂直流油泵电机典型的接线图，辅助的一些元件我没有画出来，比方说KM的合跳、信号回路、电流指示回路等，甚至有些单位还加了一些时间继电器等等。 启动电阻 电枢绕组 励磁绕组 其中KM是直流电机的主接触器，KM1就是楼主所述的辅助接触器，电枢绕组为转子线圈，其阻值一般都很小，微欧级。励磁绕组为静子的磁极线圈，有兴趣的可以利用设备解体的时候学习一下，直流电机静子上不但有磁极线圈，还有换向极线圈（在两个主磁极之间的那个），励磁绕组的那个阻值一般都在百欧级。 接下来我们要说直流电机的启动过程，假如没有KM1和启动电阻的话，直流电压(一般为220V)直接加在一个微欧级的电阻上，你们可以计算一下电流有多大。直流电机的主回路会受不了这么大的电流的。忘了说了那个启动电阻一般的阻值为零点几到几欧姆之间吧，根据各单位限流的幅值倍数而定，可自行设计。所以啊，直流电机的启动过程必须要加限流的措施，一般采用的方法如上图所示。KM先动作合闸，此时KM1不动作，启动电阻串在电枢回路里，此时的电流值可依据设计的启动电流倍数而定，一般不超额定的4-7倍，此时电流值在我们的控制范围内。当电机启动完成后，我们当然不希望启动电阻串在电枢回路里，发热会很厉害，也不节能，所以必须得切除。什么时间切除呢，大家都注意到了KM1这个接触器的线圈是并在电枢回路里，随着电机转速逐渐升高的时候，它的反电势也在逐步增加，增加到KM1的动作电压时，KM1吸合，切除启动电阻，直流电机启动完成。 至于楼主说的两个接触器是串联关系，我认为说的不太确切，只能说是混联，或者说不存在串并联关系，因为，这两个接触器动作的次序不一样，只有在电机启动完成后，才勉强可以说是串联的。 另外一点，在电机启动而启动电阻未切除的时候，随着反电势的建立(方向与电源极性相反)，启动电流是呈下降趋势的，相当于加在电枢绕组两端电压在下降，U1=U-E。 直流电机在电厂用处不是十分广泛，但无他不行，所以有关直流电机的资料和经验都很少，欢迎大家来一起交流直流电机的运行心得和经验教训。
实验题目类型：设计型 《电机与拖动》实验报告 实验题目名称：直流电动机启动、调速控制电路 实验室名称：电机及自动控制 实验组号：X组指导教师：XXX 报告人：XXX 学号：XXXXXXXXX 实验地点：XXXX 实验时间：20XX年XX月X日指导教师评阅意见与成绩评定
一、实验目的 掌握直流电动机电枢电路串电阻起动的方法； 掌握直流电动机改变电枢电阻调速的方法； 掌握直流电动机的制动方法； 二、实验仪器和设备 三、实验内容 （1）电动机数据和主要实验设备的技术数据
四、实验原理 直流电动机的起动：包括降低电枢电压起动与增加电枢电阻起动，降低电枢电压起动需要有可调节电压的专用直流电源给电动机的电枢电路供电，优点是起动平稳，起动过程中能量损耗小，缺点是初期投资较大；增加电枢电阻起动有有级（电机额定功率较小）、无极（电机额定功率较大）之分。是在起动之前将变阻器调到最大，再接通电源，随着转速的升高逐渐减小电阻到零。 直流电动机的调速：改变Ra、Ua和?中的任意一个使转子转速发生变化。 直流电动机的制动：使直流电动机停止转动。制动方式有能耗制动：制动时电源断开，立即与电阻相连，使电机处于发电状态，将动能转化成电能消耗在电路内。反接制动：制动时让E与Ua的作用方向一致，共同产生电流使电动机转换的电能与输入电能一起消耗在电路中。回馈制动：制动时电机的转速大于理想空转，电机处于发电状态，将动能转换成电能回馈给电网。 五、实验内容 （一）、实验报告经指导教师审阅批准后方可进入实验室实验 （二）、将本次实验所需的仪器设备放置于工作台上并检查其是否正常运行，检验正常后将所需型号和技术数据填入到相应的表内（若是在检验中发现 问题要及时调换器件） （三）、按实验前准备的实验步骤实验
` 实验题目类型：设计型 《电机与拖动》实验报告 实验题目名称：直流电动机启动、调速控制线路实验室名称：电机及自动控制 实验组号：指导教师： 报告人：学号： 实验地点：实验时间： 指导教师评阅意见与成绩评定
文档Word ` 一、实验目的 1、掌握并励直流电动机电枢电路串电阻起动的方法。 2、掌握并励直流电动机改变电枢电阻和改变励磁电流调速的方法。 3、掌握并励直流电动机的制动方法。 4、提交实验成果。 二、实验设备
实验技术路线三、 ：实验前预习要点直流电动机的起动1. 起动的方法串电阻起动a)串入电枢回路，以限制启动电串电阻起动就是在启动时将一组启动电阻R 流，而当转数上升到额定转数后，再把启动变阻器从电枢回路中切除。启动过程中要消缺点是变阻器比较笨重，串电阻起动的优点是启动电流小；耗很多的能量。 降电压起动b)降电压起动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制启动这种方法只适合于大功率直当然降压启动要有一套可变电压的直流电源，电流，流电机。 文档Word ` 2.直流电动机的调速 调速的种类与方法： 调节电枢供电电压 a)改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定围无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 b)改变电动机主磁通 改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。 c)电枢回路串电阻调速 电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 3.直流电动机的制动方法能耗制动在电枢两端从电源断开的同并励直流电动机在能耗制动时要保持励磁电流不变，电枢因机械惯性这时电动机主磁场保持不变，时，其立即接到一个制动电阻上。从而电动机由电动机状态立即转至发电机
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
直流电动机的起动及性能分析 直流电动机就是依靠直流电驱动的将直流电能转换成机械能的电机。在这里，我们简单的讨论一下它的起动特点与性能。 与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。由对电磁力及转矩分析可以看出：任何一台电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这一性质称为电机的可逆原理。电机的可逆原理不仅适用于直流电机，也适用于交流电机。电机的实际运行方式由外施条件决定，如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。直流电动机和直流发电机的结构基本是相同的，即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之间存在着气隙。 直流电动机有两大优点:一、调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。二、起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。 机械特性是电动机机械性能的主要表现，它与负载的机械特性，运动方程式相联系，将决定拖动系统稳定运行及过渡过程的工作情况。若不计电枢反应的影响，当电动机正向运行时，其机械特性是一条横跨I、II、IV象限的直线。其中第I象限为电动机运行状态，其特点是电磁转矩的方向与旋转方向（转速的方向）相同，第II、IV 象限为制动运行状态。 首先，直流电动机为什么要限制启动电流？不论是交流电机还是直流电机,其启动电流都会比正常运行的时候要大.因为电机启动时,要使电机从静止状态变为转动状态,就如同把静止物体从静止推动起来匀速运动一样,静止摩擦远大于滑动摩擦.因为在启动瞬间电机还没有转，没有自感反电动势 ,且当时磁场刚刚运作,磁性最强，在启动的时候，由于T=Tn，Ea=CeΦn=0，此时的电枢电流Ia=Us/Ra=Is，由于Ra本身很小，Is和Ts都比启动电流大很多,所以此时,通电线圈在磁场中做切割磁感线运动最剧烈,所以电流最大.因为电枢电阻Ra很小，所以直接启动时启动电流很大，通常可达到额定电流的10到20倍。过大的启动电流会使电网电压下降过多,影响本电网上其他用户的正常用电；使电动机的换向恶化，甚至烧坏电动机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除容量很小的电动机
他励直流电机的运行 直流电动机的起动 电动机接到规定电源后，转速从0上升到稳态转速的过程称为起动过程。 他励直流电动机起动时，必须先保证有磁场（即先通励磁电流），而后加电枢电压。 合闸瞬间的起动电流很大应尽可能的缩短启动时间，减少能量损耗以及减少生产中的损耗 起动电流大的原因： １、起动开始时：n=0,Ea=CeΦn=0, ２、电枢电流：Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小 这样大的起动电流会引起后果： １、电机换向困难，产生严重的火花 ２、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢 ３、供电线路产生很大的压降。变频器整流回路的启动电阻 结论：因此必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动 起动方法： 电枢串电阻启动——起动过程中有能量损耗，现在很少用，在实验室中用降压启动——适用于电动机的直流电源是可调的，投资较大，但启动过程中没有能量损耗。 直流启动器 电枢串电阻起动： 最初起动电流：Ist=U/(Ra+Rst) 最初起动转矩：Tst=ＫＴΦIst 启动电阻：Rst＝（UN／λi IN）－Ra 为了在限定的电流Ist下获得较大的起动转矩Tst,应该使磁通Φ尽可能大些，因此起动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。 有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转矩Tst 也会逐步减小。 为了在起动过程中始终保持足够大的起动转矩，一般将起动器设计为多级，随着转速n的增大，串在电枢回路的起动电阻Rst逐级切除，进入稳态后全部切除。 起动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大的电流。
降压起动： 对于他励直流电动机，可以采用专门设备降低电枢回路的电压以减小起动电流。 起动时电压Umin,起动电流Ist： Ist= Umin/Ra< λiIN 启动过程中U随Ea上升逐渐上升，直到U=UN 串励电动机绝对不允许空载起动。 串电阻起动设备简单，投资小，但起动电阻上要消耗能量； 电枢降压起动设备投资较大，但起动过程节能。 直流电动机的调速 为提高产品质量和生产效率，工作机械的运行速不可能是单一的。按照工作机械的要求认为地调节拖动电动机的运行速度。 例如：车床切削工件时，精加工用高速，粗加工用低速。 改变传动机构的变比——机械调速 改变电动机参数——电气调速：直流和交流 直流调速系统中大多数为他励直流电动机 一、他励直流电动机人为机械特性 电动机转速特性和机械特性的一般表达式：
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： 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 成绩：（五级制） 指导教师签字年月日
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 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。
直流电机启动方法 欧阳光明（2021.03.07） 直流电机从接通电源开始转动，直至升速到某一固定转数稳定运行，这一过程称为电动机的启动过程。直流电机有直接合闸起动、串电阻起动和降电压启动三种方法。 由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小，而转动体具有一定的机械惯性，因此当直流电机接通电源后，起动的开始阶段电枢转速以及相应的反电动势很小，起动电流很大。最大可达额定电流的15～20倍。这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花。因此直接合闸起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机。 为了限制起动电流，常在电枢回路内串入专门设计的可变电阻。在起动过程中随着转速的不断升高及时逐级将各分段电阻短接，使起动电流限制在某一允许值以内。这种起动方法称为串电阻起动，非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电机中。但由于起动过程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流电机。但对于某些特殊需要，例如城市电车虽经常起动，为了简化设备，减轻重量和操作维修方便，通常采用串电阻起动方法。 对容量较大的直流电机，通常采用降电压起动。即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电，控制电源电压既可使电机平滑起动，又能实现调速。此种方法电源设备比较复杂。下面和松文机电具体了解一下这些启动方式。 a.直接合闸起动。
直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动。由于电动机所加的是额定电源，而电动机开始接通电源瞬间电枢不动，电枢反电动势E。为零，所以启动时电流很大。启动时电动机最大电流为正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电动机启动迅速，启动时间短。 不过，电动机一旦开始运转，电枢绕组就有感应电动势产生，且转数越高，电枢反电动势就越大。随着电动机转数上升，电流迅速下降，电磁转矩也随之下降。当电动机电磁转矩与负载阻力转矩相平衡时，电动机的启动过程结束而进人稳定运行状态。 直接合闸起动的优点是不需其他设备，操作简便；缺点是启动电流大。它只适用于小型电动机，如家用电器中的直流电机。 b. 串电阻起动 串电阻起动就是在启动时将一组启动电阻RP串人电枢回路，以限制启动电流，而当转数上升到额定转数后，再把启动变阻器从电枢回路中切除。 串电阻起动的优点是启动电流小；缺点是变阻器比较笨重，启动过程中要消耗很多的能量。 c．降电压起动。 降电压起动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制启动电流，当然降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率直流电机。
直流电机的启动过程 其次，再说直流电机的分类，一般有串励、并励、他励三种，至于派生出什么积复励和差复励等等咱就不研究了。像刚才所说的油泵电机，容量都不会太大，所以此类直流电机一般都设计为并励直流电机。像15楼所述怕电机飞车这种情况一般只出现在自励直流电机上；当然了，自励电机和并励电机各自有各自的优缺点，在什么地方使用跟需要实现什么功能有关，这里就不再啰嗦了 第三，先上一个图，这是电厂直流油泵电机典型的接线图，辅助的一些元件我没有画出来，比方说KM的合跳、信号回路、电流指示回路等，甚至有些单位还加了一些时间继电器等等。 其中KM是直流电机的主接触器，KM1就是楼主所述的辅助接触器，电枢绕组为转子线圈，其阻值一般都很小，微欧级。励磁绕组为静子的磁极线圈，有兴趣的可以利用设备解体的时候学习一下，直流电机静子上不但有磁极线圈，还有换向极线圈（在两个主磁极之间的那个），励磁绕组的那个阻值一般都在百欧级。 接下来我们要说直流电机的启动过程，假如没有KM1和启动电阻的话，直流电压(一般为220V)直接加在一个微欧级的电阻上，你们可以计算一下电流有多大。直流电机的主回路会受不了这么大的电流的。忘了说了那个启动电阻一般的阻值为零点几到几欧姆之间吧，根据各单位限流的幅值倍数而定，可自行设计。
所以啊，直流电机的启动过程必须要加限流的措施，一般采用的方法如上图所示。KM先动作合闸，此时KM1不动作，启动电阻串在电枢回路里，此时的电流值可依据设计的启动电流倍数而定，一般不超额定的4-7倍，此时电流值在我们的控制范围内。当电机启动完成后，我们当然不希望启动电阻串在电枢回路里，发热会很厉害，也不节能，所以必须得切除。什么时间切除呢，大家都注意到了KM1这个接触器的线圈是并在电枢回路里，随着电机转速逐渐升高的时候，它的反电势也在逐步增加，增加到KM1的动作电压时，KM1吸合，切除启动电阻，直流电机启动完成。 至于楼主说的两个接触器是串联关系，我认为说的不太确切，只能说是混联，或者说不存在串并联关系，因为，这两个接触器动作的次序不一样，只有在电机启动完成后，才勉强可以说是串联的。另外一点，在电机启动而启动电阻未切除的时候，随着反电势的建立(方向与电源极性相反)，启动电流是呈下降趋势的，相当于加在电枢绕组两端电压在下降，U1=U-E。直流电机在电厂用处不是分广泛，但无他不行，所以有关直流电机的资料和经验都很少，欢迎大家来一起交流直流电机的运行心得和经验教训。
1、为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 电机启动前，转速，电动势均为U，电枢电阻很小，直流电动机直接启动时，存在一定的直流电压，电阻非常小，故电压很大。 2、他励直流电动机启动过程中有哪些要求？如何实现？ 要求：（1）启动电流不宜过大（2）转矩不宜过大 实施：（1）降压启动。在启动瞬间降低供电电压，n增大，E增大，逐步提高供电电压，最后达到UN时，电动机达到所要求的转速（2）在电枢回路内串联外加电阻启动，此时启动电流Ist=UN/Ra+Rst，受到Rst的阻止，n增大，E增大，再逐步切除外加电阻一直到全部切除，电动机达到所要求的转速 3、步进电动机的步距角的含义：转子每步转过的角度称为步距角。即每当输入一个电脉冲时，电动机转过的一个固定的角度称为步距角。一台步进电动机有两个步距角，说明他有两种通电方式。3度的意思是相邻两次通电的相得数目相同时的步距角；1.5度的意思是相邻两次通电的相得数目不同时的步距角。 4、三相单三拍：每次只有一相绕组通电，而每个循环只有三次通电 三相六拍：每一次通电有一相绕组通电，然后下一次有两相通电，这样交替循环运行，而每次循环只有六次通电 双三拍：每次有两相绕组通电，每个循环有三次通电。 5、步进电动机转速：n=60βf/2pai=60f/Kmz 6、步距角β=360度/Kmz 7、为什么调速系统中加负载后转速会降低？闭环调速系统为什么可以减小转速降？ 当负载增加时，Ia加大，由于IaR?的作用，电动机转矩下降，所以转速降低，闭环调速系统可以减小转速率是因为测速发电机的电压UBR下降，使反馈电压Uf下降到Uf’，但给定电压Ug并没有改变，偏差信号增加到U’=Ug-Uf’,使放大器输出电压上升到Uk’，它使晶闸管整流器的控制角α减小，整流电压上升到Dd’，电动机转速又回升到近似等于n。 8、在无静差调速系统中，为什么要引入PI调节器？比例和积分两部分各起什么作用？ 因为无差系统必须插入无差元件，它在系统出现偏差时工作以消除偏差，当偏差为零时停止工作，PI调节器是一个典型的无差元件，所以要引入。 比例：可以毫无延迟地起调节作用 积分：保持调节器的输出电压Uk在某一值，以维持电动机在给定转速下转动，系统可以消除静态误差
. 直流电机启动方法直流电机从接通电源开始转动，直至升速到某一固定转数稳定运行，这一过程称为电动机的启动过程。直流电机有直接合闸起动、串电阻起动和降电压启动三种方法。由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小，而转动体具有一定起动的开始阶段电枢转速因此当直流电机接通电源后，的机械惯性，～以及相应的反电动势很小，起动电流很大。15最大可达额定电流的倍。这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发20 生火花。因此直接合闸起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机。常在电枢回路内串入专门设计的可变电阻。为了限制起动电流，使起在起动过程中随着转速的不断升高及时逐级将各分段电阻短接，非常动电流限制在某一允许值以内。这种起动方法称为串电阻起动，广泛应用于各种中小型直流电机中。但由于起动过简单，设备轻便，程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流电机。但对于某些特殊需要，例如城市电车虽经常起动，为了简化设备，减轻重量和操作维修方便，通常采用串电阻起动方法。对容量较大的直流电机，通常采用降电压起动。即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电，控制电源电压既可使电机平滑起动，下面和松文机电具体了又能实现调速。此种方法电源设备比较复杂。解一下这些启动方式。 a.直接合闸起动。直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启而电动机开始接通 电源瞬间电枢动。由于电动机所加的是额定电源，。为零，所以启动
时电流很大。启动时电动机不动，电枢反电动势E最大电流为正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电动机启;. . 动迅速，启动时间短。不过，电动机一旦开始运转，电枢绕组就有感应电动势产生， 且转数越高，电枢反电动势就越大。随着电动机转数上升，电流迅速当电动机电磁转矩与负载阻力转矩相平下降，电磁转矩也随之下降。衡时，电动机的启动过程结束而进人稳定运行状态。直接合闸起动的优点是不需其他设备，操作简便；缺点是启动电流大。它只适用于小型电动机，如家用电器中的直流电机。串电阻起动b. 以RP串人电枢回路，串电阻起动就是在启动时将一组启动电阻再把启动变阻器从电枢限制启动电流，而当转数上升到额定转数后，回路中切除。串电阻起动的优点是启动电流小；缺点是变阻器比较笨重，启 动过程中要消耗很多的能量。 c．降电压起动。降电压起动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法这种当然降压启动要有 一套可变电压的直流电源，来限制启动电流，方法只适合于大功率直流电机。 ;.
目录 直流电动机的基本工作原理 (2) 直流电动机的分类 (2) 直流电动机特点 (3) 他励直流电动机 (3) 他励直流电动机的机械特性 (3) 机械特性方程式 (3) 固有机械特性与人为机械特性 (4) 他励直流电动机的起动 (5) 电枢回路串电阻起动 (5) 启动过程分析 (6) 起动电阻的计算 (7) 计算分级启动电阻 (9) 设计方案 (9) 心得及体会 (10) 参考文献 (10)
直流电动机串电阻起动 一、直流电动机的基本工作原理 图1 是一台最简单的直流电动机的模型，N和S是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。 如果将电源正负极分别接电刷A和B,则线圈abcd中流过电流。在导体ab中，电流由a 流向b，在导体cd中，电流由c流向d，如图（a）所示。载流导体ab和cd均处于N和S 极之间的磁场当中，受到的电磁力的作用。用左手定则可知，载流导体ab受到的电磁力F 的方向是向左的，力图使电枢逆时针方向运动，载流导体cd受到的电磁力F的方向是向右的, 也是力图使电枢逆时针方向运动，这一对电磁力形成一个转矩, 即电磁转矩T，其方向为逆时针方向，使整个电枢沿逆时针方向转动。当电枢转过180°, 导体cd转到N极下，ab转到S极上，如图（b）所示。由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，再从电刷B流出。用左手定则判别可知，导体cd受到的电磁力的方向是向左的，ab受到的电磁力的方向是向右的，因而电磁转矩的方向仍是逆时针方向,使电枢沿逆时针方向继续转动。当电枢在转过180°，就又回到图（a）所示的情况。这就是直流电动机的基本工作原理。 图1. 直流电动机的基本工作原理 二、直流电动机的分类 直流电动机因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。根据励磁方式的不同，直流电动机可分为他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机四
毕业设计(论文) 课题直流电机启动系统的设计与仿真
毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名： 日期：日期：
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