直流电机启动与调速制动

直流电动机的起动、调速和制动起动(start)、制动(break)和调速(speed regulating)是电力拖动(drive)的三大问题，起动和调速又是评价(evaluate)电动机性能(performance)的两个重要方面(important aspect)。

讲义一、直流电动机的起动起动：直流电动机接上电源(power supply)后，转速(velocity)由零逐渐增(gradually)加到稳定转速的过程（process）。

对起动性能的要求(demands)：起动转矩（starting torque）足够大，起动电流(starting current)不可太大，起动时间要短，除此之外，要求起动设备(equipment)简单，经济可靠(reliability)。

一、直接起动（全压起动）：下图为并励直流电动机起动时的接线图(connection diagram)。

开始时，转速为零，aN st R U I 可达额定电流(rated current)的20~30倍，结果使：绕组(winding)过热，换向(commutation)困难；影响其它电器设备的正常运行(normal operation)；过大的电磁力冲击(impact)，可损坏机械。

故只有极小容量(capacity)的直流电动机才允许直接起动(direct start)。

直接起动的特点：不需起动设备、操作简便(simplicity of operation)、起动转矩大，但起动电流太大。

注意：起动前先合上励磁回路(excitation circuit)开关，并将励磁电流调至最大值，确保磁场(magnetic field)先建立起来，再合上电枢回路开关。

否则：1）轻载时，有剩余磁通(residual flux)，因为起动电流大，所以起动转矩可能大于负载转矩(load torque)，电动机起动，转速升高达飞车状态。

故起动前应检查励磁绕组是否断线。

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直流电动机的起动1、取来本次试验所用器件挂置在实验工作台上2、在试验台无电的前提下，按照实验原理图接线3、请老师查看接线，待老师检查所接线路无误、批准后执行以下操作4、用万用表检查线路的通断（三相可调变阻器），检查无误后方可通电5、按动电源总开关，将电源控制屏上的直流电压调制220V左右6、按下“启动”按钮，便接通了直流电源7、搬动励磁、电枢电源按钮，直流电机启动8、逐渐减少R1阻值，电动机达到额定转速（也可通过调节R1来进行调速）9、搬动励磁电源按钮，直流电机能耗制动停车，收线，整理试验台R2直流电动机的起动、调速、制动原理图直流电动机的起动、调速、制动接线图若在实验中发现问题及时的找出问题的原因，排查问题后方可继续进行试验三相可调变阻器的检查：将其与直流电源接通，串入直流电流表，并入直流电压表。

电枢串电阻调速的特点是：
1）串入电阻后转速只能降低，由于机械特性变软，静差率变大，特别是低速运行时，负载稍有变动，电动机转速波动大，因
降压调速的特点是：
1）无论是高速还是低速，机械特性硬度不变，调速性能稳定，故调整范围广。

2）电源电压能平滑调节，故调速平滑
弱磁调速的特点是：
（1）弱磁调速机械特性较软，受电动
机换向条件和机械强度的限制，转速调高幅
度不大，因此调速范围2~1 D 。

（2）调速平滑，可以无级调速。

（3）在功率较小的励磁回路中调节，能量损耗小。

（4）控制方便，控制设备投资少。

任务三 他励直流电动机的反转10活动设计1: 引导学生讨论，直流电机是如何实现反转的，原理是什么？
2．反接制动
反接制动有电枢反接制动和倒拉反接制动两种方式。

（1）电枢反接制动
电枢反接制动：是将电枢反接在电源上，同时电枢回路要串接制动电阻。

（2）倒拉反接制动
这种制动方法一般发生在提升重物转为下放重物的情况下。

3．回馈制动
对位能负载，由于位能负载转矩的影响使电力机车下坡或起重装置下放重物时，电动机加速至转速高于理想空载转速时，电枢。

直流电动机的启动、调速、反转与制动（一）摘要本文介绍了直流电动机的启动、调速、反转和制动等方面的基础知识和实际操作技巧。

通过了解直流电动机的工作原理，我们能够更好地掌握如何实现电动机的启动、调速、反转和制动控制。

一、直流电动机的基本原理直流电动机是应用广泛、使用最为普及的一类电动机，它利用直流电的力线作用于定子和转子中导体的电流而产生旋转力矩。

直流电动机的基本构成包括：定子、转子、集电环、电枢、永磁体等部分，其中电枢是电机的主要转换元件。

当电机通电后，电枢内的导体会在磁场作用下受到力矩而旋转，从而带动转子旋转。

电枢外接电源，因此电流方向不断变化，导致电枢上每一根导体均不断变化着受到力矩的方向，当导体在磁场中转到过渡点时，力矩的作用方向就会随之改变，从而形成电枢稳定旋转，并实现电机的工作。

二、直流电动机的启动直流电动机的启动方式主要有自激励式启动和外激励式启动两种。

1. 自激励式启动自激励式启动是最常见的直流电动机启动方式，它是通过电枢产生的反电动势和自感作用来实现电机的启动的。

在自激励式启动过程中，需要使用一个发电机将直流电源产生的电流输出到电机的电枢上，此时，电枢上的导体会产生高速旋转，并在磁场作用下产生反电动势。

当电枢转速达到某一值时，反电动势的大小会超过电源电压，从而达到自我激励的目的，实现电机的启动。

2. 外激励式启动外激励式启动采用较大的磁场励磁电源来励磁电机的励磁绕组，使电机初期转矩增大，将电机启动起来。

外励磁通常使用同步电动机、串联机等至少具有较强磁场特性的电动机来实现。

三、直流电动机的调速1. 电枢调速电枢调速是一种常见的简单调速方式，它通过改变电枢电压的大小，控制电动机的转速。

具体来说，通过调节电枢上电流的大小和方向，可以实现电枢中磁通的改变，从而改变电机的转速。

但是，电枢调速方式容易产生调速失速现象，同时，由于电机负载的变化，需要不断调节电机的电压，使得调速操作比较麻烦。

2. 电阻调速电阻调速是通过在电机电路中加入电阻，从而改变电路阻抗大小，从而实现电机的转速调节。

引言直流电动机按励磁方式的不同总共分成四种类型,即他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机。

这其中，并励直流电动机的应用比较广泛。

）不能超过其本身的允许值，但又要保证并励直流电动机的起动要求是起动电流（IS有较大的起动转矩。

并励直流电动机起动的瞬间，倘若在额定电压下直接起动，由于R很a 就会很大，一般可达电枢电流额定值的10-20倍。

这样大的电流是换向所不允许的。

小，IS与此同时，起动转矩也能达到额定转矩的10-20倍。

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，以致损坏传动机构（如齿轮）和生产机械。

由此可见，大、转动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、电枢电阻Ra惯量又比较小、可以直接起动外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。

为此，必须将起动电流限制在允许的范围之内。

增加电枢电阻就是一种比较普遍的起动方法。

而对于额定功率较大的电动机来说，一般会选择有级起动的方法，这样就能保证起动过程中既有比较大的起动转矩，又使起动电流不会超过允许值。

对于某些小容量电动机来说，起动之后如果需要调速，那么可采用增加电阻的方法来达到降速的目的。

1 并励直流电动机的工作原理并励直流电动机励磁绕组和直流电动机的电枢绕组并在一起，当给线圈加上直流电时，导体中就有直流电通过。

载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，由安培定理产生电磁转矩。

由于电刷的存在，故导体中的电流将随其所处磁场极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的始终保持一固定方向，使电动机持续旋转。

此时换向器到外电路的直流，改变为线圈内的交流的“逆变“作用。

这就是并励直流电动机的工作原理。

2 直流电动机的分类2.1 他励电动机他励电动机的电路图如图2.1所示。

励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源提供。

在励磁电压Uf 的作用下，励磁绕组中通过励磁电流If,从而产生主磁极Φ。

在电枢电压Ua 的作用下，电枢绕组中通过电枢电流Ia。

教案（首页）授课班级机电高职1002授课日期课题序号 1.3 授课形式讲授授课时数 2 课题名称直流电动机的起动、反转和制动教学目标1. 了解直流电动机启动时存在的问题。

2．掌握直流电动机常用的启动方法。

3．掌握直流电动机的反转方法。

4．熟悉直流电动机的制动方法。

5．学会直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。

教学重点1、直流电动机常用的启动、反转和制动的方法。

2、直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。

教学难点1、直流电动机常用的启动、反转和制动的方法。

2、直流电动机常用启动、反转和制动方法的操作。

教材内容更新、补充及删减无课外作业见教案教学后记送审记录盐城生物工程高等职业技术学校课堂时间安排和板书设计复习5导入5新授60练习15小结5一、直流电动机的起动1、起动条件2、起动方法（1）电枢回路串电阻起动（2）降压起动二、直流电动机的反转三、直流电动机的制动1、能耗制动2、反接制动（1）倒拉反接制动（2）电枢电源反接制动3、回馈制动课堂教学安排课题序号 1.3 课题名称直流电动机的起动、反转和制动第1 页共8 页导入新授使用一台电动机时，首先碰到的问题是怎样把它启动起来。

要使电动机启动的过程达到最优，主要应考虑以下几个方面的问题：启动电流Ist的大小；启动转矩Tst的大小；启动设备是否简单等。

电动机驱动的生产机械，常常需要改变运动方向，例如起重机、刨床、轧钢机等，这就需要电动机能快速地正反转。

某些生产机械除了需要电动机提供驱动力矩外，还要电动机在必要时，提供制动的力矩，以便限制转速或快速停车。

例如电车下坡和刹车时，起重机下放重物时，机床反向运动开始时，都需要电动机进行制动。

因此掌握直流电动机启动、反转和制动的方法，对电气技术人员是很重要的。

一、直流电动机的启动直流电动机从接入电源开始，转速由零上升到某一稳定转速为止的过程称为启动过程或启动。

1．启动条件当电动机启动瞬间，n=0，Ea=0，此时电动机中流过的电流叫启动电流Ist，对应的电磁转矩叫启动转矩Tst。

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=Ce Φn=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。

直流电动机教案一一、教学目标1.知识与技能：（1）理解直流电动机的基本构造和工作原理。

（2）掌握直流电动机的启动、调速和制动方法。

（3）学会直流电动机的故障分析和维修。

2.过程与方法：（1）通过观察和实验，培养动手操作和解决问题的能力。

（2）通过小组讨论，提高合作交流和自主学习的能力。

3.情感态度与价值观：（1）培养对电机技术的兴趣和热爱。

二、教学重难点1.教学重点：（1）直流电动机的基本构造和工作原理。

（2）直流电动机的启动、调速和制动方法。

2.教学难点：（1）直流电动机的故障分析和维修。

（2）直流电动机的运行特性。

三、教学过程1.导入新课（1）提问：同学们，你们在生活中有哪些地方用到电动机？2.直流电动机的基本构造和工作原理（1）讲解直流电动机的基本构造，包括定子、转子、电刷、换向器等部分。

（2）通过动画或实物模型，展示直流电动机的工作原理。

（3）引导学生理解电磁感应现象和电磁力矩的概念。

3.直流电动机的启动、调速和制动（1）讲解直流电动机的启动方法，包括直接启动、降压启动、电阻启动等。

（2）讲解直流电动机的调速方法，包括电阻调速、电枢电压调速、磁场调速等。

（3）讲解直流电动机的制动方法，包括能耗制动、反接制动、回馈制动等。

4.直流电动机的故障分析和维修（1）讲解直流电动机常见的故障类型，如绕组短路、绝缘老化、电刷磨损等。

（2）通过案例分析和实物演示，引导学生掌握直流电动机的维修方法。

5.实验操作（1）分组进行直流电动机的组装和调试实验。

（2）引导学生观察和记录实验数据，分析直流电动机的运行特性。

（2）教师对学生的回答进行点评和补充。

（3）布置课后作业，巩固所学知识。

四、教学反思本节课通过讲解、演示、实验等多种教学手段，使学生掌握了直流电动机的基本构造、工作原理、启动、调速、制动和维修方法。

在教学过程中，注意引导学生主动参与，培养其动手操作和解决问题的能力。

但需要注意的是，部分学生在实验操作中可能存在安全隐患，教师在教学过程中要时刻提醒学生注意安全。

他砺直流电动机启动方法的优缺点直接启动缺点：1.会产生过大电磁力，损坏绕组2.转向困难3.产生过大启动转矩，冲击设备4.引起电网波动降压启动优点1.电枢电压慢慢升高2.有效实现了启动电流和启动转矩的减小3.启动过程更短，更平稳缺点1.调压设备成本高电枢回路串接外加电阻启动优点1.有效实现了启动电流和启动转矩的减小2.启动过程平稳他砺直流电动机调速方法的优缺点改变电枢电路串接电阻优点设备简单，操作方便缺点只能在低于固有机械特性的范围内调速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，调速过程中有损耗改变电动机电枢供电电压优点调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。

便于计算机控制缺点需要专门设备，成本较高。

（可控硅调压调速系统）改变电动机主磁通优点可以平滑无级调速，损耗小，连续调速，易控制缺点只能弱磁调速，即在额定转速以上调节，调速特性较软，且受电动机换向条件等限制，调速范围不大他励直流电动机有哪几种制动方法？它们的机械特性如何？1反馈制动优点电网吸收电能，运行经济缺点所需设备较复杂，适用于电动机-发电机-电动机系统2反接制动优点制动迅速，准确性差缺点容易反向启动需加装反转接触器、限流电阻和速度方向继电器，电阻消耗全部能量3 能耗制动优点线路简单，准确性好缺点制动时间一般，需加装制动接触器、制动电阻、制动时间继电器，电阻消耗全部能量三相笼型异步电动机启动方法的优缺点直接启动优点无需附加启动设备，操作和控制简单、可靠。

缺点启动电流大电阻降压启动缺点1启动消耗的电能大2启动转矩随定子电压的二次方关系下降，只适合用于空载和轻载的启动场合星形三角形降压启动优点设备简单，经济，启动电流小缺点启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载和轻载启动场合自耦变压器降压启动优点启动电压可调节，启动转矩大缺点变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦、不适用于启动频繁的电机软启动器降压启动优点启动平稳，对电网冲击少，启动装置功率适度，允许启动的次数较高缺点设备造价昂贵绕线式异步电动机的启动方法的优缺点逐级切除启动电阻法优点不仅能减少启动电流，而且能使启动转矩保持较大范围缺点所需的启动设备较多，一部分消耗能量在启动电阻，而且启动级数较少频敏变阻器启动法优点具有自动平滑调节启动电流和启动转矩的良好启动特性，结构简单，运行可靠，无需经常维修缺点由于有电感存在，功率因素较低，启动转矩不是很大异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺点？调压调速优点能够无级调速缺点调速范围不大转子电路串电阻调速优点简单可靠缺点它是有机调速，随着转速降低特性变软，转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。

直流电动机的起动、调速和制动引言直流电动机是工业生产过程中最为常用的电动机之一，广泛应用于机床、起重运输、冶金、化工等领域。

本文将探讨直流电动机起动、调速和制动的原理和方法，旨在帮助读者深入了解该电动机的工作原理及相关知识。

直流电动机的起动直流电动机的起动是指将静止的电动机从静止状态启动并使其达到额定转速的过程。

直流电动机通常使用直接启动、降压启动、星-三角启动、软起动等方法进行启动。

直接启动方法直接启动方法是将电动机直接连接到电源上进行启动，速度快、省电省钱，但起动时电动机的电流较大，可能对电机和电源造成不良影响。

降压启动方法降压启动方法是通过将电源电压降低，先用较低电压将电动机启动，再逐步提高电源电压，使电动机逐步达到额定转速。

该方法起步电流小，启动可靠，但起步时间较长。

星—三角启动方法星-三角启动方法是将电动机初始化时通过切换电源的起步电压，将电动机的同时连接成星型（Y型）接法和三角型（Δ型）接法，使其从星型转变到三角型完成启动。

该方法可以降低起动电流，但是可能需要更大的操作空间和启动控制器。

软起动方法软起动方法是使用半导体器件控制电源电流，从而使电动机按照预设的加速度启动，其主要优点是起动时的电流和冲击较小，无需特殊控制器或运行空间。

直流电动机的调速直流电动机的调速分为电压型调速和转子电流型调速两种方式。

电压型调速电压型调速是通过改变电源的电压来控制电机的转速。

为了使转矩保持不变，电动机的电流也需要按比例降低，这种方法也叫做恒电流调压。

该方法操作简单，但效率不够高。

转子电流型调速转子电流型调速是通过改变电动机转子电流的方向和大小来改变电动机的转速。

转矩和转速是成正比例关系的，这种方法效率高，但调速过程较为复杂。

直流电动机的制动直流电动机的制动通常使用反电动势制动、机械制动和电阻制动等方法，以将电动机从运行状态停止。

反电动势制动反电动势制动是通过改变电源极性，使电机成为发电机，制动时产生的电能通过电阻等方式耗散，完成制动过程。

直流电动机运行状态的判别依据一、引言直流电动机作为一种常见的电机，在工业自动化、交通运输、家用电器等领域有着广泛的应用。

在直流电动机的运行过程中，对其运行状态的判别是保障电动机安全、稳定运行的关键。

因此，研究直流电动机运行状态的判别依据具有重要的实际意义。

二、直流电动机的运行状态直流电动机的运行状态可以根据其工作电流、工作电压、负载转矩以及转速等参数进行分类。

通常情况下，直流电动机的运行状态可以分为以下三种：1.启动状态：当直流电动机接通电源后，电枢电流从零开始逐渐增大，转速从零开始逐渐增加，直到达到稳定运行状态为止。

此时电动机处于启动状态。

2.运行状态：当直流电动机的转速达到稳定值后，电动机进入运行状态。

在此状态下，电动机的电枢电流、转速和负载转矩等参数保持相对稳定。

3.制动状态：当直流电动机的电源被切断后，由于惯性作用，电动机的转速会逐渐降低，最终停止转动。

此时电动机处于制动状态。

三、判别依据要准确判别直流电动机的运行状态，需要综合考虑以下几个方面：1.工作电流：工作电流是判别直流电动机运行状态的重要参数之一。

在启动状态下，工作电流会从零逐渐增大；在运行状态下，工作电流会保持相对稳定；在制动状态下，工作电流会逐渐减小。

因此，通过监测工作电流的变化可以有效地判别直流电动机的运行状态。

2.工作电压：工作电压也是判别直流电动机运行状态的参数之一。

在启动状态下，随着电枢电流的增大，工作电压会逐渐降低；在运行状态下，工作电压会保持相对稳定；在制动状态下，工作电压会逐渐升高。

因此，通过监测工作电压的变化也可以有效地判别直流电动机的运行状态。

3.负载转矩：负载转矩是判别直流电动机运行状态的另一个重要参数。

在启动状态下，负载转矩会逐渐增大；在运行状态下，负载转矩会保持相对稳定；在制动状态下，负载转矩会逐渐减小。

因此，通过监测负载转矩的变化也可以有效地判别直流电动机的运行状态。

4.转速：转速是判别直流电动机运行状态的又一重要参数。