直流电动机电枢串联电阻调速过程设计教学内容

他励直流电动机串电阻启动的设计直流电动机串联电阻启动是一种常见的启动方式，主要应用于较小功率的直流电动机，例如家用电器、小型机械设备等。

本文将从设计角度详细介绍串联电阻启动的原理、设计步骤和注意事项等内容。

一、串联电阻启动的原理串联电阻启动是通过在直流电动机的励磁回路中串联一定阻值的电阻，来降低电动机的电流起动冲击，从而实现平稳起动。

具体原理如下：1.启动过程中，电阻串联在励磁回路中，减小了直流励磁电流，降低了电枢绕组的电流冲击。

2.随着直流电动机转速的提高，励磁电流逐渐减小，当直流电动机达到运行速度时，电阻完全从回路中剔除。

二、串联电阻启动的设计步骤1.确定电机参数：包括额定电压、额定功率、额定转速、励磁电流等。

这些参数将决定所需的电阻大小。

2.计算起动时的励磁电流：通常起动时的励磁电流取额定电流的1.5倍至2倍之间。

3. 根据励磁电流和直流电动机的励磁回路电压计算所需串联电阻的阻值：串联电阻的阻值需满足电阻起动后，励磁电流达到起动时的设定值，可通过Ohm定律计算。

4.选择适当的电阻：根据计算所得的阻值，选择匹配的电阻进行串联。

三、串联电阻启动设计的注意事项1.电阻选择：根据计算得到的阻值，选择合适的电阻器进行串联。

电阻的耐压需要满足直流电机励磁回路的额定电压要求，并具备较好的散热性能。

2.电阻功率：电阻器需要具备足够的功率承载能力，以避免过载引起烧毁。

功率大小可根据电阻阻值和电阻串联前后电流计算得到。

3.励磁回路的稳定性：在设计中要确保电阻串联后励磁回路的稳定性，过大的串联电阻可能引起回路的不稳定，可能导致起动失败。

4.启动时间：串联电阻启动的时间一般较长，需要根据具体场合和电动机的特性来确定合适的启动时间。

四、串联电阻启动的优缺点优点：1.降低了直流电动机起动时的冲击电流，减少了电网压压降和设备的损坏。

2.启动过程简单，成本较低。

3.过载能力较强，承受短时过负荷。

缺点：1.启动时间长，启动效率低，启动过程中耗能较大。

课程设计--直流电机调速控制系统设计指导教师评定成绩：审定成绩：**********课程设计报告设计题目：直流电机调速控制系统设计学校：********************学生姓名：**********专业：********************班级：***********学号：**************指导教师：*****************8设计时间：2013 年12 月目录引言 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (10)六、他励直流电动机的调速方法 (11)七、PWM调制电路 (14)八、H桥驱动电路 (14)九、直流电动机调速控制系统设计 (15)十、心得体会 (22)附录参考文献 (23)课程设计任务书 (23)引言现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。

改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。

直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。

一、实训目的本次实训旨在使学生了解直流电动机的工作原理、调速方法及其在实际应用中的重要性。

通过实训，使学生掌握直流电动机的调速原理、调速方法、调速装置及其操作方法，提高学生对电机调速技术的理解和应用能力。

二、实训内容1. 直流电动机基本结构及工作原理实训开始前，先向学生介绍直流电动机的基本结构，包括定子、转子、电刷、换向器等部件。

然后讲解直流电动机的工作原理，即通过电磁感应原理将直流电能转换为机械能。

2. 直流电动机调速方法（1）调压调速：通过改变电枢电压来调节电动机转速。

升压时转速升高，降压时转速降低。

（2）电枢串电阻调速：在电枢回路中串联电阻，通过改变电阻值来调节电动机转速。

电阻越大，转速越低。

（3）改变磁通调速：通过改变励磁电流来调节电动机转速。

升压时转速降低，降压时转速升高。

3. 直流电动机调速装置及操作方法（1）调压调速装置：采用直流调压器，通过调节调压器的输出电压来改变电枢电压。

（2）电枢串电阻调速装置：采用调速电阻器，通过调节电阻器的阻值来改变电枢回路中的电阻。

（3）改变磁通调速装置：采用励磁调节器，通过调节励磁电流来改变磁通。

4. 实训操作（1）调压调速：将直流电动机接入调压调速装置，通过调节调压器输出电压，观察电动机转速的变化。

（2）电枢串电阻调速：将直流电动机接入电枢串电阻调速装置，通过调节调速电阻器的阻值，观察电动机转速的变化。

（3）改变磁通调速：将直流电动机接入改变磁通调速装置，通过调节励磁调节器的电流，观察电动机转速的变化。

三、实训结果与分析1. 调压调速实训结果表明，通过调节调压器的输出电压，可以实现对直流电动机转速的调节。

升压时转速升高，降压时转速降低。

但需要注意的是，电压过高或过低都会对电动机造成损害。

2. 电枢串电阻调速实训结果表明，通过调节调速电阻器的阻值，可以实现对直流电动机转速的调节。

电阻越大，转速越低。

但电阻过大时，会导致电枢电流过大，损耗能量过多，效率变低。

他励直流电动机调速方法拖动肯定的负载运行，其转速由工作点打算。

假如调整某些参数，则可以转变转速。

n = U / (CeΦ) - [(Ra+Rp) / (CeCTΦ2)]×T = n0L - kT直流电动机的调速方法有三种: (1)转变电枢回路外串电阻Rtj；(2)转变励磁回路外串电阻Rf即转变磁通Φ；(3)转变电枢电压U。

三种调速方法实质上都是转变了电动机的机械特性曲线外形，使之与负载机械特性曲线的交点转变，以达到调速的目的。

一、转变电枢电压调速（设TZ为常数）降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。

负载不变时，交点也下移，速度也随之转变。

优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。

便于计算机掌握。

缺点：需要特地设备，成本较高。

（可控硅调压调速系统）二、转变励磁电流调速(调整励磁电阻)（设TZ为常数）增大励磁电阻即削减励磁电流时，磁通Φ削减，电动机机械特性n0L 点和斜率增大。

负载不变时，交点也下移，速度也随之转变。

优点：励磁回路电流小约为(1~3)% IN , 损耗小，连续调速，易掌握。

缺点：只能上调，最高转速受机械强度的限制，负载转矩大时调速范围小。

三、电枢回路串入调整电阻调速调整电阻Rp增大时，电动机机械特性的斜率增大，与负载机械特性的交点也会转变，达到调速目的。

优点：设备简洁、操作便利。

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。

四、转变电动机转向的方法要转变电动机转向，就必需转变电磁转矩的方向。

T = CT Φ Ia依据电动机的工作原理，单独转变磁通方向（即通过转变励磁绕组连接）或者单独转变电枢电流的方向，均可以转变电磁转矩的方向。

故转变转向的方法：(1)对于并励电动机，单独将励磁绕组引出端对调。

(2)单独将电枢绕组引出端对调。

对于复励电动机，应将电枢引出端对调或者同时将并励绕组和串励绕组引出段分别对调（维持加复励状态）。

一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。

二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。

但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。

由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。

磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。

电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。

传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。

随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。

如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。

调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。

脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。

如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。

平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。

z2直流电动机控制手册z2直流电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业生产中。

它具有结构简单、控制方案多样、运行可靠的特点，因而备受青睐。

掌握z2直流电动机的控制方法，对于工程技术人员来说非常必要。

本手册将详细介绍z2直流电动机的控制原理、电路设计和调试步骤，以帮助读者深入了解和掌握这方面知识。

一、控制原理1.1基本原理z2直流电动机由电枢、磁极和电刷组成。

当电枢通电时，电枢和磁极产生互作用力，使电动机转动。

控制z2直流电动机的关键是控制电枢电流。

电枢电流的大小和方向决定了电动机的运行状态和转速。

1.2控制方式常见的z2直流电动机控制方式有以下几种：（1）电压调速：控制电源电压来改变电动机的转速。

（2）电枢电流调速：改变电动机的电枢电流来实现转速控制。

（3）励磁电流调速：改变电动机的励磁电流来实现转速调节。

（4）PWM调速：通过改变PWM波的占空比来调节电动机的转速。

二、电路设计2.1励磁电路z2直流电动机的励磁电路是控制电动机的重要部分。

一般情况下，我们可以采用直流稳压电源或者直流稳流电源作为励磁电源，通过调节电源输出电压或电流来改变励磁电流的大小。

2.2电枢电路z2直流电动机的电枢电路包括电源、电枢线圈和电枢电流调节装置。

为了实现电枢电流调控，我们可以采用可调电阻、变阻器、可调型稳压电源等。

通过改变电源电压或者线圈电阻来调节电枢电流大小和方向，从而控制电动机的转速。

2.3控制电路为了实现对z2直流电动机的精确控制，通常还需要设计一个控制电路。

控制电路可以根据需要采用模拟控制或数字控制。

模拟控制一般使用比例-积分-微分（PID）控制算法，数字控制通常采用单片机或者PLC控制，通过编程来实现控制逻辑。

三、调试步骤3.1基本参数设置在调试z2直流电动机之前，首先需要设置一些基本参数，例如额定电压、额定电流、额定转速等。

这些参数将作为后续调试过程中的参考依据。

3.2电机启动将励磁电流调节装置设置到合适的位置，接通电源，观察电机是否能够正常启动，检查电动机是否有异常声音或其他异常现象。

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。

电力拖动课程设计题目：直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统姓名：学号：班级：指导老师：课程评分：日期目录一、设计目标与技术参数二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计（二）桥式可逆PWM变换器的工作原理（三）双闭环调速系统的静特性分析（四）双闭环调速系统的稳态框图（五）双闭环调速系统的硬件电路（六）泵升电压限制（七）主电路参数计算和元件选择（八）调节器参数计算三、仿真（一）仿真原理（含建模及参数）（二）重要仿真结果（目的为验证设计参数的正确性）四、结论参考文献附录1：调速系统总图附录2：调速系统仿真图一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R0=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。

PWM变换器的放大系数：K S=20。

二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环调速系统就难以满足需要。

这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。

如图2-1所示。

图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。

电枢串电阻调速他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不变，在电枢回路中串人不同的电阻时，电动机运行于不同的转速。

调速方向是指调速结果，其转速与基速相比。

只要电枢回路串电阻，无论电阻多大，电动机运行的转速都比不串电阻运行在基速上要低，就称为调速方向是从基速向下调。

电枢回路串电阻，所串电阻上会产生很大的损耗，转速越低，损耗越大；串入的电阻越大，机械特性越软，在低速运行时，转速稳定性较差；由于电枢电流较大，调速电阻的容量也较大，较笨重，不易做到电阻值的连续调节，因而电动机转速也不能连续调节，一般最多分为六级。

o 降低电源电压调速保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压为不同大小时，电动机拖动者负载运行于不同的转速上。

降低电源电压，电动机机械特性的硬度不变。

这样，比起电枢回路串电阻调速使机械特性变软这一点，降低电源电压可以使电动机在低速范围运行时，转速随负载变化而变化的幅度较小，转速稳定性要好得多。

当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速，与串电阻调速( 有级调速) 相比，这种速度调节要下滑得多，并且还可以得到任意多级的转速。

因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，在直流电力拖动系统中被广泛采用。

o 弱磁调速保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不过分大时．降低他励直流电动机的磁通，可以使电动机转速升高。

他励直流电动机，正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多，因此励磁回路中所串的调速电阻消耗的功率要比电枢回路串调速电阻时电阻消耗的功率小得多；而且由于电阻的容量很小，控制很方便，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节的无级调速。

减弱磁通升高转速的转速调节，电动机转速最大值受换向能力与机械强度的限制，一般约为(1.2 ～1.5)n N 特殊设计的弱磁调速电动机，可以得到(3 ～4) n N 的最高转速。

直流电机调速系统课程设计指导书一、实验目的1、通过对KZ－D系统开环机械特性和闭环机械特性的实测及研究，加深对负反应控制的根本原理的理解。

2、掌握操作实际系统的方法和必要参数的测定方法。

3、研究系统各参数间的根本关系及各参数变化对系统的影响。

4、加深比照例积分调节器动态传输特性的认识，了解其在无静差自动控制系统中的作用。

5、通过实践掌握工程实践中常见的双闭环无静差调速系统参数设计计算和ST调试方法。

5 DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表6 DJ13 直流复励发电机7 DJ15 直流并励电动机8 D42 滑线变阻器串联形式：0.41A，1.8kΩ并联形式：0.82A，900Ω9 数字存储示波器自备10 万用表自备三、实验线路及原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。

在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。

实验系统的组成原理图如图5-1所示。

图1-1 实验系统原理图四、实验容(1) 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R,电感值L,s K , 测定直流电动机电势常数C e 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M (2) 转速调节器的调试,电流调节器的调试(3) 设计调速系统。

调速指标为D =10，S <10%；测定系统开环机械特性和∆n nom ，判断能否满足调速指标；如果不能满足，可采用转速负反应；计算及整定比例调节器参数、反应系数；测定闭环系统的机械特性。

(4) 设计及调试双闭环无静差KZ －D 调速系统要求额定转速时S ≤2%，电流超调量σi %<5%，转速起动到额定转速时，超调量σn ed n %<10%，负载扰动恢复时间小于05.s ，电动机过载倍数λ=12.，电流反应系数A V 615.4=β。

直流电动机的电枢回路串电阻调速特点的简要解析序号一：引言直流电动机是一种常见的电动机，它以其调速性能优良而受到广泛应用。

其中，电枢回路串电阻调速是一种简单而有效的调速方法。

本文将对直流电动机的电枢回路串电阻调速特点进行简要解析，旨在帮助读者更好地理解这一调速方式的工作原理和应用场景。

序号二：电枢回路串电阻调速的基本原理电枢回路串电阻调速是通过改变直流电机电枢回路中串联的电阻来调整电枢电流和电机转速的一种方法。

当驱动电源的电压固定不变时，增加回路中的串联电阻会导致电机电流减小，进而降低电机转速。

相反，减小串联电阻会增加电机电流，使转速增加。

序号三：电枢回路串电阻调速的特点3.1 简单可靠电枢回路串电阻调速方法简单可靠，只需要在电枢回路中串联一个可变电阻即可实现调速。

相比其他复杂的调速方法，这种方式的设计和安装成本较低，且操作简便。

3.2 调试方便通过改变电枢回路中的串联电阻，可以灵活地调整电机的转速。

只需调节电阻大小，即可实现转速的微调。

这种调试过程相对容易，即使对于没有太多电机调试经验的操作员来说也较为友好。

3.3 调速范围有限电枢回路串电阻调速的一个显著特点是其调速范围有限。

由于电枢回路串电阻的变化范围较小，因此只能在某一范围内微调电机的转速。

对于那些需要大范围转速调节的应用场景来说，该调速方法可能无法满足要求。

序号四：电枢回路串电阻调速的应用场景4.1 低要求转速调节对于一些不需要频繁转速调节的应用场景，如一些带有固定负载的机械设备，电枢回路串电阻调速是一个理想的选择。

由于其简单可靠的特点，适用于需要稳定转速且转速调节幅度较小的应用场合。

4.2 初期运行调速在一些需要电机在启动初期进行调速的场景中，电枢回路串电阻调速同样具备一定的优势。

在电机刚启动时，由于转矩大、转速低，电枢回路串电阻调速可以帮助实现电机平稳启动，并将转速逐渐调整至设定值。

序号五：总结与回顾通过本文的简要解析，我们对直流电动机的电枢回路串电阻调速特点有了更深入的理解。

实验三十六并励直流电动机电枢回路串电阻起动与调速1．实验元件代号名称型号规格数量备注QS1 低压断路器DZ47 5A/3P 1QS2 低压断路器DZ47 3A/2P 1FU1 螺旋式熔断器RL1-15 配熔体3A 2FU2 瓷插式熔断器RC1-5A 2A 2KM1，KM2KM3，KA交流接触器CJX2-9/380 AC380V 4KT1，KT2 断电延时时间继电器JS7-3A AC380V 2R1，R2 电阻90Ω1.3A 2SA 万转开关LW5－16/H1196 1KI1 过电流继电器JL14-11Z 2．5A 1KI2 欠电流继电器DL-13 0．08-0．16A 1M 并励直流电动机220V1.1A185W1600r/min1V 二极管2CZ 1000V5A 1 R3 电阻BX7D-1/6 1800Ω 1 2．实验电路图3．实验过程电枢回路串电阻器的起动与调速控制电路工作过程如下：1）起动前的准备工作状态将主令开关SA手柄放在零位，电枢电源的开关合上，接通直流电压220V，再合上控制电路的开关，因为直流电动机并励直流绕组中流过额定电流，欠电流继电器KI2线圈通电吸合，零位继电器KA 回路中KI2的常开触头闭合，主回路过电流继电器KI1不动作，通过SA①②使KA线圈通电，并触头自锁。

与此同时，时间继电器KT1、KT2的线圈也通电，其延时闭合动断触头立即分开，以保证起动电阻R1与R2都串入。

2）起动。

起动时可将SA手柄由零位直接板到3位，这时KM1通电，主触头闭合，接通电动机电枢电路，电动机在电枢串有两段起动电阻R1与R2的情况下开始起动。

在电动机开始起动的同时，KM1的常闭触头使KT1，KT2同时断电。

KT2经过一段延时后，其延时闭合的动断触头闭合，切除起动电阻R1，电动机进一步加速。

另外KT1，经过一定延时，其延时闭合的动断点闭合，接通加速接触器KM3的线圈回路，KM3的常开主触头闭合，切除最后一段电阻R2，电动机进入全电压进行，起动过程结束。

直流电动机调速系统设计直流电动机直流电机是生产和使用直流电能的机电能量转换机械;直流电动机是将直流电能转换为机械能的旋转机械;它与交流电动机如三相异步电动机相比,虽然因结构比较复杂、生产成本较高、故障较多等,目前已不如交流电动机应用普遍,但由于它具有优良的调速性能和较大的启动转矩,得到广泛应用;本节仅就直流电动机的结构与工作原理、直流电动机的分类及在印刷设备中的应用、直流电动机的启动与调速做一简单介绍;下图为直流电动机的结构原理图,图中的N和S是一对固定不动的磁极,用以产生所需要的磁场;容量较大一些的电机,磁场都是由直流励磁电流通过绕在磁极铁心上的励磁绕组产生;为了清晰,图中只画出了磁极的铁心,没有画出励磁绕组;在N极和S极之间有一个可以绕轴旋转的绕组;直流电机这部分称为电枢,而实际电机的电枢绕组嵌在铁心槽内,电枢绕组的电流称为电枢电流;线圈两端分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片连接,铜片上有各压着一个固定不动的电刷;在直流电动机中,为了产生方向始终如一的电磁转矩,外部电路中的直流电流必须改变成电机内部的交流电流,这一过程称为电流的换向;换向的铜片称为换向片;互相绝缘的换向片组合的总体称为换向器;图1：直流电动机原理图一、直流电动机的结构与工作原理直流电动机的结构直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成;1磁极;磁极是电动机中产生磁场的装置,如图2所示;它分成极心1和极掌2两部分;极心上放置励磁绕组3,极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适,并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的,固定在机座4即电机外壳上,机座也是磁路的一部分;机座常用铸钢制成;图2直流电动机的磁极及磁路1-极心 2-极掌 3-励磁绕组 4-机座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,电枢铁心呈圆柱状,由硅钢片组成,表面冲有槽,槽中放有电枢绕组;3换向器整流子;换向器是直流电动机的一种特殊装置,其外形如图3所示,主要由许多换向片组成,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,使转动的电枢绕组得以同外电路联结;换向器是直流电动机的结构特征,易于识别;图3：换向器1—换向片 2—连接部分图4 直流电机装配结构图图5 直流电机纵向剖视图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的工作原理U + -ABNSII FFCabd图6 直流电动机原理图图6是直流电动机的示意图;若在A、B之间外加一个直流电压,A接电源正极,B接负极,则线圈中有电流流过;当线圈处于图5所示位置时,有效边ab在N 极下,cd在s极上,两边中的电流方向为a→b,c→d;由安培定律可知,ab边和cd 边所受的电磁力为：F=BIL式中,I为导线中的电流,单位为安A;根据左手定则知,两个F的方向相反,如图6所示,形成电磁转矩,驱使线圈逆时针方向旋转;当线圈转过180°时,cd边处于N极下,ab边处于S极上;由于换向器的作用,使两有效边中电流的方向与原来相反,变为d→c、b→a,这就使得两极面下的有效边中电流的方向保持不变,因而其受力方向、电磁转矩方向都不变;由此可见,正是由于直流电动机采用了换向器结构,使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变,在这个电磁转矩作用下使电枢按逆时针方向旋转;这时电动机可作为原动机带动生产机械旋转,即由电动机向机械负载输出机械功率;在直流电动机中,除了必须给电枢绕组外接直流电源外,还要给励磁绕组通以直流电流用以建立磁场;电枢绕组和励磁绕组可以用两个电源单独供电,也可以由一个公共电源供电;按励磁方式的不同,直流电动机可以分为他励、并励、串励和复励等形式;由于励磁方式不同,它们的特性也不用;他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电,如图7所示;他励电动机由于采用单独的励磁电源,设备较复杂;但这种电动机调速范围很宽,多用于主机拖动中;图7 他励电动机二、 他励直流电动机的调速与交流电动机相比,直流电动机具有较好的调速性能,它能在宽广的范围内平滑而经济的调速,因此多用于调速要求较高的场合;根据直流电动机调速公式n=ψ+-Ce Rpa Ra Ia U )(可见,当电枢电流不变时即负载不变,只要在电枢电压U 、电枢电路附加电阻和每极磁通ф三个参数中,任意改变一个,都能引起转速的变化;因此,他励直流电动机可以有三种调速方法;为了评价各种调速方法的优缺点,对对调速方法提出了一定的技术经济指标,通常称为调速指标;下面下面对调速指标做一简要说明;调速指标1调速范围调速范围是只指电动机在额定负载下调素时,其最高转速与最低转速之比,用D 表示,即 D=m in m axn n不同的生产机械对对调速范围的要求不同,如车床D=20~100,龙门刨床D=10~40,扎钢机D=~3等;电动机最高转速nmax 受电动机的换向及机械强度限制,最低转速相对稳定即静差率要求的限制;2静差率调速的相对稳定性静差率或转速变化率是指电动机在一条机械特性上额定负载时的转速降落△n 与该机械特性的理想空载转速n0之比,用表示,即σ=0n n∆=00n n n -式中,n 为额定负载转矩Tem=TL 时的转速图8从上式可以看出,在△n相同时,机械特性越“硬”,额定负载时转速降越小,静差率σ越小,转速的相对稳定性越好,负载波动时,转速变化也越小;图3-1中机械特性1比机械特性2“硬”;静差率除了与机械特性硬度有关外,还与理想空载转速n0成反比;对于同样“硬度”的特性,如图3-2中特性1和特性3,虽然转速将相同,但其静差率却不同;为了保证转速的相对稳定性,常要求静差率应不大于某一允许值允许值;图9调速范围D与静差率σ两项性能指标是相互制约的,当采用同一种方法调速时,静差率要求较低时,则可以得到较低的调速范围；反之,静差率要求较高时,则调速范围小;如果静差率要求一定时,采用不同的调速方法,其调速范围不同,如果改变电枢电压调速比电枢串电阻调速的调速范围大;调速范围与静差率是相互制约的,因此需要调速生产机械,必须同时给出静差率与调速范围这两项指标,以便选择适当的调速方法;3调速的平滑性调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度,用平滑系数ψ表示,即Ψ=1 i inn平滑系数Ψ越接近1,说明调速的平滑性越好;如果转速连续可调,其级数趋于无穷多,称为无级调速,Ψ=1,其平滑性最好；调速不连续,级数有限,称为有级调速;4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的利用;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有负载需要所决定的,而不同的负载,其所需要的功率和转矩随转速的变化的规律也是不同的,因此在选择调速方法时,既要满足伏在要求,又要尽可能是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,而若此调速适用于恒功率负载的调速;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阻值的电阻,电动机将运行于不同的转速,如图3—3所示,图中的负载为恒转矩负载;从图10可以看到,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;nnT L T em a +R 1图10电枢串电阻调速机械特性如图10中传入的电阻2R >1R ,交点2A 的转速2n 低于交点1A 的转速1n ,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,一般包保持励磁磁通为额定值;电枢电压不同时,电动机拖动负载将运行于不同的转速上从图11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1U 后,交点为1A ,转速为`1n ；电压为2U ,交点为2A ,转速为2n ；电压为3U ,交点为3A ,转速为3n ；电枢电源电压越低,转速也越低;同样,改变点数电源电压调速方法的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,集市电动机在低速运行时,转速随附在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;n0nn nU1U23U NT L T em 图11改变电枢电源电压调速方法的有电视调速的平滑性好,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使用;弱磁调速励直流电机电枢电流电压不变,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,可使电动机的转速提高;他励直流电动机带恒转矩负载时弱磁调速,如图12所示;从图12中可以看出,当励磁磁通为额定值ΦN时,电动机和负载的机械特性的交点为A,转速为n:励磁磁通减少为Φ2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;励磁电流减少为Φ1,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的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1.2m左右,特殊设计的调速电动机,可达3 nN或更高;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;在实际的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任何转速上运行,而且调速时的损耗较小,运行效率较高,能很好的满足各种生产机械对调速的要求;n o2n o1n oT L T em图12弱磁调速机械特性三、课程设计内容第四章课程设计内容一台他励直流电动机,参数如下：P N=6KWU aN=200VI aN=42An N=1500r/minR L=Ω1. 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200r/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,要使转速降至1000r/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1800r/min,试设计CeΦ的值;内容解析：1.采用电枢串电阻调速：电动机的电枢电阻Ra=U aN - P N I aN/ I aN =200-6000/42/42Ω=Ω在额定状态运行时E= U aN -R a I aN =×42V=CeΦ=E/ n N =1500=C TΦ=60CeΦ/2π=60/2××=T N=60 P N /2πn N =60/2××6000/=. m由于通风机负载的转矩与转速的平方成反比,故n=1200r/min时的转矩为T=n/ n N2T N=1200/1500 2×n0= U aN/ CeΦ=200/min=2100r/min∆n= n0-n=2100-1500r/min =600r/min由于∆n= Ra +RrT/ C T CeΦ2由此求得Rr=∆n CT CeΦ2/T- Ra =600××采用电枢电压调速：由上题求得：Ra=ΩCeΦ=C TΦ=T N =电枢电压减小后∆n=Ra T N / C T CeΦ2=××r/min=minn0=n+∆n=1000+r/min=min由此求得Ua= CeΦn0=×=3.采用改变励磁电流调速由上求得R a=ΩT N=由于恒功率负载的转矩与转速成正比关系,故忽略空载转矩时,调速后的电磁转矩为T= n N T N /n=1500×= 1800=200/ CeΦ×C T CeΦ2得CeΦ=或结论三种调速方法各有优缺点,改变电枢电阻调速的缺点较多,所以只适用于调速范围不大,调速时间不长的小容量电动机中；改变电枢电压调速是一种性能优越的调速方法,被广泛应用于对调速性能要求较高的电力拖动系统中；改变励磁电流调速通常与改变电枢电压同时应用于对调速要求很高的电力拖动系统中,来扩大调速范围和实现双向调速;对容量较大的直流电动机,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;本设计采用增加电枢电阻启动非常简单,设备轻便,广泛应用于各种中小型直流电动机中;设计体会经过一周的奋战,课程设计完成了,在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这个学科所学知识的总结,但通过这次课程设计发现自己的看法片面;课程设计不仅是对所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的提高;通过课程设计,让我更加明白学习是一个长期的积累过程,经后的工作、生活中应该不段的学习,努力提高知识和综合能力;设计过程中,我查阅了大量的有关资料,并与同学交流,学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获还是很多的;在设计中培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心;让我充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦;经过对这些资料的整理、理解和消化,使我对直流电机的调速尤其是对他励直流电动机的串电阻调速有了更深一层的理解;这次课程设计也许会又很多不足的地方,希望老师多多批评,我也会在以后的日子里不断学习提高自己动手的能力,使以后的设计会更好,也使自己得到更全面的提高参考文献1.唐介. 电机与拖动. 北京：高等教育出版社.2.唐介. 控制微电机. 北京：高等教育出版社.3.周绍英.电机与拖动.中国广播电视大学出版社1995年出版4.李海发. 电机学.科学出版社2001年出版5.刘起新. 电机与拖动基础. 中国电力出版社2005年出版。

直流电动机的工作原理、接线及调试直流电动机的工作原理、接线及调试从化技工学校学科电工实习课程教案用纸（首页JA－1）审批签字教Z2-22型并励直流电动直流电动机的工作原理、接线及调试授课授课时数授课时间授课班级教学目的重点和难点复习提问10机电高级方讲授法、示范操作、手把手指导机，可调直流法具电源1．掌握判别直流电动机各种绕组的方法2．掌握调整直流电动机中性位的调整及通电试车方法。

重点：直流电动机的通电试车方法难点：直流电动机中性位的调整1、202*A型龙门刨床应如何调试直流系统？作业写出实习报告教学内容方法过程附记复习提问5分钟引入新课一、实习课题：直流电动机的工作原理、接线及调试【板书】二、实习目的：1．掌握判别直流电动机各种绕组的方法2．掌握调整直流电动机中性位的调整及通电试车方法。

三、工具耗材：Z2-22型直流电动机、万用表、转速表等四、教学过程【复习提问】1、202*A 型龙门刨床应如何调试直流系统？【入门指导】一、直流电机的结构及工作原理1．直流电机的基本结构直流电机主要由定子和转子两部分组成。

定子包括主磁极、换向极、电刷装置、机座、端盖等。

其中主磁极的作用是产生主磁极磁场；换向极的作用是产生换向磁场，改善直流电机的换向。

转子又称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴等。

直流电机常做成电枢旋转形式。

直流电动机的结构如图43所示。

1页教案附页（JA－2）附记根据实物讲解演示教学内容方法过程2．直流电动机的基本原理直流电动机其基本工作原理是通电导体在磁场内会受到电磁力的作用而使电枢旋转。

通过换向器，使直流电动机获得单方向的电磁转矩；通过换向片使处于磁极下不同位置的电枢导体串联起来，使其电磁转矩相叠加而获得几乎恒定不变的电磁转矩。

3．直流电机的分类按照励磁方式不同，直流电机可分为他励、并励、串励及复励等四大类。

其中，直流电动机各种励磁方式的接线原理图如图4-4所示。

结合实物讲授并加以演示2页教案附页（JA－2）附记布置实训任务并讲清楚相关操作规程及操作要点教学内容方法过程【实习训练】【实习步骤】1、判别直流电动机的电枢绕组、并励绕组及串励绕组1）看编号，接线端子上都有字母，电枢端子是S1、H2，并励绕组是B1、B2，串励绕组是C1、C2。

（一）任务书1 性能指标稳态指标：系统无静差动态指标：σi<=5%;空载起动到额定转速时σn<=10% 。

2 给定电机及系统参数P N=220W，U N=48V，I N=3.7A，λ=2，n N=200r/min，R a=6.5欧姆电枢回路总电阻R =8欧姆电枢回路总电感L =120mH电机飞轮惯量GD2=1.29 Nm23 设计步骤及说明书要求①画出系统结构图，并简要说明工作原理②根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边电压值；选择整流二极管及开关管的参数，并确定过流、过压保护元件参数。

③分析PWM变换器，脉宽调制器（UPW）及逻辑延时（DLD）工作原理。

④设计ACR、ASR并满足给定性能指标要求。

⑤完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。

⑥打印说明书（B5），打印电气原理图（A2）。

并交软盘（一组）一张。

目录（二） 实验设计方法及其步骤一、 概述该系统是运用H 型双极模式PWM 控制的原理,采用电流速度双闭环控制方式,设计的一个基于PWM 控制的直流电机控制系统,并设计了软启动电路和完善的保护电路,确保直流电机控制系统准确、可靠地运行。

在主电路设计上,三相交流电经整流电路整流、电容滤波,再由4个IGBT 组成的H 型双极模式转换电路进行调压控制电机速度。

在控制电路中,采用双闭环控制系统,内环是电流环,外环是速度环。

电流检测采用根据磁场补偿原理制成的新型霍尔效应电流互感器—LEM 模块[1].,电流环调节器采用PI 调节,电流调节器输出控制脉冲宽度调制电路产生PWM 波,再通过脉冲分配电路和驱动电路控制IGBT 实现功率变换。

速度检测采用直流测速发电机,其结构简单可靠,准确度高。

为使整个系统能正常安全地运行,设计了过流、过载、过压、欠压保护电路,另外还有过压吸收电路。

确保了系统可靠运行。

二、 系统结构框图及工作原理2.1 系统结构框图如下：双闭环脉宽调速系统的原理框图如图2-1所示。

引言直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。

直流电机可作为电动机用，也可作为发电机用。

滞留电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。

与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的启动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和启动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动机拖动。

在工业领域直流电动机仍占有一席之地。

因此有必要了解直流电动的运行特性。

在四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。

一、直流电动机的工作原理如图1—1所示，电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的转轴与机械负载相连，这是便有电流从电源正极流出，经电刷A流入电枢绕组，然后经过电刷B流回电源的负极。

在图（a）所示位置，在N级下面导线电流是由a到b，根据左手定则可知导线ab受力的方向向左，而cd的受力方向是向右的。

当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于阻转矩是，电动机逆时针旋转。

当线圈转过180度时，这是导线的电流方向变为由d到c和b到a，因此电磁转矩的方向仍然是逆时针的。

这样就使得电机一直旋转下去。

图1—1 直流电动机的工作原理图二、直流电动机的结构直流电机由定子、转子和机座等部分构成。

2.1、转子电枢铁心——电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。

电枢绕组——电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。

换向器—在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。

2.2、定子主磁极——主磁极的作用是建立主磁场。

绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。

主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。

机座——机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框架。

直流电动机教案一、教学目标1.理解直流电动机的构造和工作原理。

2.掌握直流电动机的启动、调速和制动方法。

3.能够分析直流电动机在实际应用中的问题和解决方法。

二、教学内容1.直流电动机的构造和原理。

2.直流电动机的启动、调速和制动。

3.直流电动机在实际应用中的案例分析。

三、教学重点与难点1.教学重点：直流电动机的构造、原理和启动、调速、制动方法。

2.教学难点：直流电动机的启动、调速和制动原理。

四、教学过程1.导入新课（1）提问：同学们，你们知道什么是电动机吗？它能做什么？（2）引导学生回顾电动机的基本概念和作用。

2.理论讲解（1）讲解直流电动机的构造1.定子：主要包括主磁极、换向极和机座。

2.转子：主要包括电枢、换向器、轴和轴承。

3.其他部件：电刷、刷架、端盖等。

（2）讲解直流电动机的工作原理1.电磁力作用：当电流通过电枢绕组时，在磁场中受到电磁力作用，使电枢产生转矩。

2.换向作用：换向器使电枢绕组中的电流方向不断改变，保持电磁力方向不变，使电枢持续旋转。

（3）讲解直流电动机的启动、调速和制动1.启动：采用全压启动或降压启动。

2.调速：改变电枢电压或磁通量。

3.制动：采用电枢制动或回馈制动。

3.实例分析（1）分析直流电动机在电梯、起重机械等领域的应用。

（2）讨论直流电动机在实际应用中的问题和解决方法。

4.实践操作（1）组织学生分组，每组一个直流电动机。

（2）指导学生观察电动机的构造，了解其工作原理。

（3）让学生动手操作电动机的启动、调速和制动，观察现象。

（2）鼓励学生提出问题，共同探讨解决方法。

五、课后作业1.复习直流电动机的构造和工作原理。

2.分析直流电动机在实际应用中的问题和解决方法。

3.预习下一节课内容：交流电动机。

六、教学反思本节课通过理论讲解、实例分析和实践操作，使学生掌握了直流电动机的构造、原理和启动、调速、制动方法。

在教学过程中，注重引导学生动手操作，提高学生的实践能力。

同时，鼓励学生提出问题，培养学生的思考能力和解决问题的能力。