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
上图为他励直流电动机串电阻启动的机械特性
启动开始瞬间，电枢电路中接入全部启动电阻，启动电流 达到最大值，随着电动机转速的不断增加，电枢电流和电磁转矩将逐渐减小，电动机沿着曲线1的箭头所指的方向变化。当转速升高至 ，电流降至 （图中b 点）时，接触器 触头闭合，将电阻 短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特性曲线2上的c 点（c 点的位置可由所串电阻的大小控制），电动机又沿曲线2的箭头继续
加速。当转速升高至 电流又降至 （图中d 点）时，接触器 触头闭合，将电阻 短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特性曲线3上的e 点，电动机又沿曲线3的箭头继续加速。
当转速升高至 电流又降至 （图中f 点）时，接触器 触头闭合，将电阻 短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到固有特性曲线4上的g 点，电动机又沿曲线4的箭头继续加速，最后稳定运行在固有特性曲线上的h 点，启动过程结束。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。
降低电枢电压启动，即启动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以减小启动电流 (一般限制在1.5～2IN)，启动转矩足够大 > ,电动机启动后，再逐渐提高电源电压，使启动电磁转矩维持在一定数值，保证电动机按需要的加速度升速，其接线原理和启动工作特性如下图所示。较早采用发电机-电动机组实现电压调节，现已逐步被晶闸管可控整流电源所取代。这种启动方法需要专用电源，投资较大，但启动电流小，启动转矩容易控制，启动平稳，启动能耗小，是一种较好的启动方法。
321R R R R U I a N st +++=
1n 2st I 1KM 1R 2n 2st I 2KM
2R 3n 2st I 3KM 3R st I st T L T
上图为他励直流电动机降压时的机械特性
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
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械 特性，及其工作特性与应用领域 一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域 图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。 他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。 他励直流电动机工作特性 1. 转速特性 2. 转矩特性 T T C C '=Φ 3. 效率特性 a a e e R U n I C C = + Φ Φ e T a T a T C I C I '==Φ2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1() p p p I R I U P P U I I ??++++η= ?=- ?? +? ?
应用领域 他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。如大型车床、龙门刨床。 二、串励直流电动机的机械特性， 串励电动机的机械特性为双曲线， 转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 工作特性
电动势平衡方程式 电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式 （其中，R fc 为串励绕组电阻） 应用领域 串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。 a e a a E C n C I n '==Φe 20 T T T =+2e T a T a T C I C I '==Φa e f C C K '=T T f C C K '=2e 200 602πP T T T T n =+=+?
三、并励直流电动机的机械特性 n0为理想空载转速,与端电压有关， 直线斜率k<0,表明n是T的减函数， 其下降速率与调节电阻Rj大小有关。 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。即硬度高。工作特性
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 ++=
串励直流电动机工作原理 一、清点人数，记考勤 二、复习上节课相关知识 三、引入新课 1、组成：由定子、转子、电刷和换向器组成，如图2所示转子（电枢）：产 生电磁转矩。 转子（磁场）：产生磁场。 电刷：将直流电引入到电枢中。 换向器：保证同一磁极下电流的方向一致 1 —风扇； 2 —机座； 3 —电枢；4—主磁极；5 —电刷；6 —换向器；7 —接线板；8
—出线盒；9 —换向极；10 —端盖 图2直流电动机的组成 2、电动机的工作原理 基本工作原理：通电导体在磁场中产生电磁力，使导体产生旋转运动，实现了电能与机械能的转变。 工作情况：当蓄电池电流经过电刷引入电枢后，在线圈中有电流流过，方向如图所示根据左手定则，可以确定电磁力的方向，可见线圈在电磁力的作用下沿逆时针方向旋转。当线圈旋转过半圈后，两个换向片更换了接触的电刷，流过线圈的电流也发生了改变，但是电磁力矩的方向没有改变，这样就保证了电机始终向一个方向旋转，如图3所示。 图3直流电动机的工作原理 3、电动机的工作特性工作特性：直流串励式电动机的力矩M、转速n和功率P随电 枢电流变化的规律，如图4所示
空转制动 图4直流电动机的特性 转矩特性: 定义：电动机的转矩与电动机电流之间的关系 分析： ⑴起动瞬间，制动状态，电流值最大，电枢转速为零，力矩也相应达到最大值。且力矩与电流的平方成正比，因此力矩最大，易于发动机的起动。这就是汽车采用直流串励式电动机的主要原因。 ⑵随着转速的提高，力矩不断下降。 转速特性: 定义：电动机的转速与电动机电流之间的关系分析： ⑴当电枢电流增加时，电压降Is习R增加，在磁路未饱和时，①的值也增加，故n急剧下降。 ⑵直流串励电动机另一特性：重载时转速低，可保证发动机的安全起动，而在轻载时转速高，易造成飞车
淮阴工学院 课程设计说明书 作者: 学号： 学院: 机械工程学院 专业: 机械电子工程 题目: 他励直流电动机串电阻启动的设计指导者：
绪论 (1) 1直流电动机 (2) 1.1直流电动机的工作原理 (2) 1.2直流电动机的分类 (2) 1.3直流电动机的工作原理 (2) 2他励直流电动机 (4) 2.1他励直流电动机的机械特性 (4) 2.2他励直流电动机的启动 (5) 2.21对启动的要求 (5) 2.22电枢回路串电阻启动 (5) 2.3直流电动机电枢串电阻启动设计方案 (8) 2.31分级启动主回路和控制回路以及相关电器元件 (10) 2.32启动特性曲线 (10) 3设计体会 (11) 4参考文献 (12)
绪论 直流他励电动机控制器的优点是，线路无需切换即可实现牵引与制动的转换，带载能力强，防空转性能好。但是，如果不能掌握正确的启动方法，电机还是不能正常运行的。下面，我们就要对电机的启动过程和方法做一些必要的分析。 由于启动瞬间n=0，电枢电动势0=Φ=n K E e ，而电枢电阻有很小，所以启 动电流R U n =st I 将达到很大的数值。过大的启动电流，会引起电网电压的波动，影响其他用户的正常用电，并且会使电动机轴上受到很大的冲击。这种不采取任何措施就直接把电动机加上额定电压的启动办法，称为直接启动。处个别容量很小的电动机可以直接采用外，一般直流电动机不允许直接启动【1】。 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【2】。本文对他励直流电机进行细致的介绍，用图片与文字相结合的方式 对他励直流电机工作时过程中的变量与时间的关系进行描绘，使我们更加清楚的了解他励直流电机的工作原理。
直流电动机分类 直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。 （1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 （2）有刷直流电动机可划分：（2.1）永磁直流电动机和（2.2）电磁直流电动机。 （2.1）永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 （2.1.1）稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。 （2.1.2）铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。 （2.1.3）铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 （2.2）电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 （2.2.1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。 （2.2.2）并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。 （2.2.3）他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。 （2.2.4）复励直流电动机：复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
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
一选择题 1、直流串励式起动机中的“串励”是指（B ）。 A 吸引线圈和保持线圈串联连接 B 励磁绕组和电枢绕组串联连接 C 吸引线圈和电枢绕组串联连接 2、下列不属于起动机控制装置作用的是（ B ）。 A 使可动铁心移动，带动拨叉使驱动齿轮和飞轮啮合或脱离 B 使可动铁心移动，带动接触盘使起动机的两个主接线柱接触或分开 C 产生电磁力，使起动机旋转 3、永磁式起动机中用永久磁铁代替常规起动机的（ B ）。 A 电枢绕组 B 励磁绕组 C 电磁开关中的两个线圈 4、起动机空转的原因之一是（ B ）。 A 蓄电池亏电 B 单向离合器打滑 C 电刷过短 5、下列不会引起起动机运转无力的是（ A ）。 A 吸引线圈断路 B 蓄电池亏电 C 换向器脏污 D 电磁开关中接触片烧蚀、变形 6、在起动机的解体检测过程中，（ A ）是电枢的不正常现象。 A 换向器片和电枢轴之间绝缘 B 换向器片和电枢铁心之间绝缘 C 各换向器片之间绝缘 7、在判断起动机不能运转的过程中，在车上短接电磁开关端子30和端子C时，起动机 不运转，说明故障在（ B ）。 A 起动机的控制系统中 B 起动机本身 C 不能进行区分 8、在（ A ）起动机中，采用直推的方式使驱动齿轮伸出和飞轮齿圈啮合。 A 常规起动机 B 平行轴式减速起动机 C 行星齿轮式减速起动机 9、减速起动机和常规起动机的主要区别在于（ C ）不同。 A 直流电动机 B 控制装置 C 传动机构 10、在行星齿轮式减速起动机中，行星齿轮（ B ）。 A 只是围绕各自的中心轴线转动 B 沿着内齿圈公转 C 边自转边公转 11、起动机驱动轮的啮合位置由电磁开关中的( A )线圈的吸力保持。 A 保持 B 吸引 C 初级D次级 12、电动车窗中的电动机一般为（ C ）。 A 单向直流动电机 B 双向交流电动机 C 永磁双向直流电动机 13、车窗继电器，1、3端子间是线圈，如果用蓄电池将两端子连接，则2、4端子之间应（ A ） A 通路 B 断路 C 时通时断 14、检查电动车窗左后电动机时，用蓄电池的正负极分别接电动机连接器端子后，电动机转动，互换正负极和端子的连接后，电机反转，说明（ A ）。 A 电动机状况良好 B 不能判断电动机的好坏 C 电机损坏 15、在电加热座椅电路图中，节温器开关断开，将会使（ A ）。 A 快速加热系统失效 B 低速加热系统失效 C 快速和低速加热均系统失效 16、在电动座椅中，一般一个电机可完成座椅的（ B ）。 A 一个方向的调整 B 两个方向的调整 C 三个方向的调整 17、每个电动后视镜的后面都有（ B ）电动机驱动。 A 一个 B 两个 C 四个 18、中控门锁系统中的门锁控制开关用于控制所有门锁的开关，安装在（ A ）。 A 驾驶员侧门的内侧扶手上 B 每个门上 C 门锁总成中 19、门锁位置开关位于（ A ）。
课程设计名称：电机与拖动课程设计 题目：他励直流电动机串电阻启动 专业：电气工程及其自动化 班级：12-2班 姓名：闫伟 学号：1205040222
辽宁工程技术大学 课程设计成绩评定表
课程设计任务书 一、设计题目 他励直流电动机串电阻启动的设计 二、设计任务 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 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。 指导教师：王继强刘春喜李国华 教研室主任：李洪珠 时间：2014年7月5日
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
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
7.2.2 直流电动机工作原理与结构 图7-4 直流电动机模型 图7-4是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。
图7-5 换向器在直流电机中的作用 当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷A流入，而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b，再从c流向d。我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。当电枢在图7-5（a）所示的位置时，线圈ab边的电流从a流向b，用表示，cd边的电流从c流向d，用⊙表示。根据左手定则可以判断出，ab边受力的方向是从右向左，而cd边受力的方向是从左向右。这样，在电枢上就产生了反时针方向的转矩，因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。 当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图7-5（b）所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。
. 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 ++=
浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 也越大，特性变“软”,这类人为机械特性是一组通过 n 0 ,但具有不同斜率的直线。 如下图所示 （2） 改变电枢电压时的人为机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=0=pa R N ΦΦ=
实验报告 实验名称他励直流电动机的启动指导教师 实验类型验证实验学时 2 实验时间2015年10月29 日 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、启动、改变电机转向的方法。 二、预习要点 1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。 2、直流电动机启动时，为什么在电枢回路中需要串接启动变阻器? 不串接会产生什么严重后果? 3、直流电动机启动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?
三、实验项目 1、了解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、直流他励电动机的启动、调速及改变转向的方法。 四、实验步骤 1、由实验指导老师介绍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、直流仪表、转速表和变阻器的选择 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。 （1）电压量程的选择 如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为500V或1000V 量程档。 （2）电流量程的选择 选用安培表测量电枢电流，选用毫安表测量励磁电流。 （3）电机额定转速为1500r/min，转速表选用激光转速测量表。 （4）变阻器的选择 测量各个变阻器的最大值，选择合适的变阻器作为发电机负载电阻与励磁电阻、电动机启动电阻与励磁电阻。 3、他励直流电动机启动步骤 （1）按图1.1接线，检查电表的极性（+，-）是否正确，量程是否正
直流串励电动机 一．实验目的 1.用实验方法测取串励电动机工作特性和机械特性。 2.了解串励电动机起动、调速及改变转向的方法。 二．预习要点 1.串励电动机与并励电动机的工作特性有何差别。串励电动机的转速变化率是怎样定义的？ 2.串励电动机的调速方法及其注意问题。 三．实验项目 1.工作特性和机械特性 在保持U=U N的条件下，测取n、T2、η=f(I a)以及n=f(T2)。 2.人为机械特性 保持U=U N和电枢回路串入电阻R1=常值的条件下，测取n=f(T2)。 3.调速特性 (1)电枢回路串电阻调速 保持U=U N和T2=常值的条件下，测取n=f(U a)。 (2)磁场绕组并联电阻调速 保持U=U N、T2=常数及R1=0的条件下，测取n=f(I f)。 四．实验设备及仪器 1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B） 2．电机导轨及测功机、转矩转速测量（MEL-13） 3．可调直流稳压电源（含直流电压、毫安、安倍表） 4．直流电压、毫安、安倍表（MEL-06）
压电流 V1、V2：直流电压表，分别位于直流电源和MEL-06 A1、A2：直流电流表，分别位于直流电源和MEL-06 R1、R f：分别采用MEL-04两只90Ω电阻相串联。 M：直流串励电动机M02 G：涡流测功机 I S：测功机可调励磁电源，位于MEL-13，通过航空插座和测功机相连。 开关S选用MEL-05 1．串励电动机的工作特性和机械特性。 a．由于串励电动机不允许空载起动，所以测功机“转矩设定”电位器顺时针转过一定角度，即给串励电动机施加一定负载（MEL-13的开关设置同实验三） b．调节直流串励电动机M的电枢串联起动电阻R1和磁场调节电阻R f到最大值，断开开关S，按实验一方法起动直流电源，并观察转向是否正确。 c．电机运转后，调节R1至零，调节可调直流稳压电源使电动机的电枢电压U=U N=220V，同时调节测功机“转矩设定”电位器，使电机电枢电流I=1.2I N。 d．在保持U1=U N的条件下，逐次减小负载直至n＜1.5n N为止，每次测取I、N、T2，共取6-7组数据填入表1-10中。 表1-10 U e．若要在实验中使串励电动机M停机，须将电枢回路的串联起动电阻R1调回到最大值，断开直流电源。 2．测取电枢串电阻后的人为机械特性。 a．按前述方法起动串励电动机M后，调节可调直流稳压电源至220V，并同时调节串入电枢的电阻R1和测功机“转矩设定”电位器旋钮，使电机的电枢电流I=I N，转速n=0.8n N。 b．保持此时的R1不变和U=U N，逐次减小电动机的负载，直至n≤1.5nN为止，每次测取U2、I、n、T2，共取6-7组数据填入表1-11 中。
一台他励直流电动机额 定数据 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
1、一台他励直流电动机额定数据为：U N =220V，I N =，n N =1500r/min，电枢电阻R a =Ω。 如保持负载转矩为额定值不变，试求下列情况下转速的稳定值：（1）电枢回路串入R Ω=Ω的电阻时；（2）电枢电压降为U=160V时；（3）主磁通减弱为Φ=ΦN 时。(同例题9-6类似，只改数字） 2、一台他励直流电动机额定数据为：P N =29KW U N =440V，I N =，n N =1050r/min，电枢电 阻R a=Ω。（例题9-4 课后9-7结合） （1）电动机带动一个位能负载，在固有特性工作回馈制动下放，I a =60A，求R N 和电 动机反 向下放转速 （2）电动机带动位能负载，作反接制动下放，I a =50A时，转速n=-600r/min，求串接在电 枢电路中的电阻值、电网输入的功率、从轴上输入的功率、电枢电路电阻上消耗的功 率和电动机轴上的转距 （3）电动机带动反作用负载，从n=500r/min进行能耗制动，若其最大制动电流限制在 100A，试计算串接在电枢电路中的电阻值和电动机轴上的转矩 解：（1）R N=U N/I N=440/=Ω CeΦ=U N -I N Ra/n N =*/1050= 电机反向下方转速n n= -U N-I N Ra/C NΩ=-U N-IaRa/CeΦ=-440-60*=-1189r/min
（2）电枢电路总电阻R R=Ra+R Ω=U N -CeΦn/Ia=*(-600)/50=Ω 电枢电路串接电阻R Ω R Ω=R-Ra= 电网输入功率为 P 1=U N Ia=440*50=22000W=22KW 电枢电路电阻上消耗的功率为ΔP=Ia平方R=50*50*=33700W= 轴上功率为 P 2=EaIa=(U N -IaRa）Ia=(440-50**50W=-11700W= P 2 为负，即轴上输入功率为电动机轴上的转距为 T撇=T*（Ia/I N ）=9550*(P N /n N )*（Ia/I N )=9550*(29/1050)*(50/=·m （3）能耗制动时最大电流出现在制动开始时，此时感应电动势Est为 Est=CeΦn st =*500=195V 电枢电路总电阻为 R=Ra+R Ω=Est/Ist=195/100=Ω 电枢电路串接电阻为 R Ω=R-Ra= 电动机轴上的转矩 T=9550*(P N /n N )=9550*(29/1050)=264N·m 3.一直流调速系统采用改变电源电压调速，已知电动机的额定转速n N =900r/min，高速机械特性的理想空载转速n0=1000r/min;如果额定负载下低速机械特性的转速 n min =100r/min，而相应的理想空载转速n 撇=200r/min（例题9-5）