直流电动机电枢串联电阻调速过程设计

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 直流电动机的分类他励电动机他励电动机的电路图如图所示。

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。

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。

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）。

课程设计名称：《电机与拖动》课程设计题目：直流电动机电枢串电阻起动设计指导教师：专业：班级：姓名：学号：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、设计题目直流电动机电枢串电阻起动设计二、设计任务某厂一台Z4系列他励直流电动机，参数如下：PN=200KWUaN=440VIaN=497AnN=1500r/minRL=0.076Ω欲采用电枢串电阻启动，试设计其起动级数和各级起动电阻。

三、设计计划电机与拖动课程设计共计一周内完成。

第1~2天查资料，熟悉题目；第3~5天方案分析，具体按步骤进行设计及整理设计说明书；第6天准备答辩；第7天答辩。

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：仲伟堂王继强王巍教研室主任：仲伟堂时间：2008 年 6 月 27 日目录一、直流电动机的基本结构 (5)二、直流电机的工作原理 (6)三、直流电机的额定值及励磁方式 (6)四、直流电机的铭牌数据和主要系列 (8)五、他励直流电动机 (9)六、他励直流电动机的起动 (12)七、具体电机启动设计 (14)八、结论 (15)九、体会 (18)十、致谢 (19)十一、主要参考文献 (20)直流电动机电枢串电阻起动直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。

与交流电动机相比，直流电动机有着不可比拟的优越性，但同时因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，使其应用不如交流电机广泛。

但直流电动机具有优良的起动、调速和制动性能，并且其供电的质量高、可靠性强，因此在化学工业中的电镀、电解等设备，直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源都使用直流发电机作为供电电源。

因此，直流电机也是当今时代不可或缺的。

一、直流电机的基本结构直流电机的结构示意图如图3-6所示。

它由定子（静止的）和转子（旋转的）两个基本部分组成。

（一）定子定子主要由（1）主磁极；（2）换向磁极；（3）机座、端盖和电刷装置等组成。

他励直流电动机的调速方法电枢串电阻他励直流电动机的调速方法电枢串电阻电枢串电阻调速他励直流电动机拖曳功率运转时，维持电源电压及磁通为额定值维持不变，在电枢电路中串成人相同的电阻时，电动机运转于相同的输出功率。

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；由于电枢电流很大，变频电阻的容量也很大，较轻巧，难于努力做到电阻值的已连续调节，因而电动机输出功率也无法已连续调节，通常最多分成六级。

o减少电源电压变频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。

减少电源电压，电动机机械特性的硬度维持不变。

这样，较之电枢电路串成电阻变频并使机械特性变硬这一点，减少电源电压可以并使电动机在低速范围运转时，输出功率随其功率变化而变化的幅度较小，输出功率稳定性必须好得多。

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弱磁调速维持他励直流电动机电源电压维持不变，电枢电路也不串成电阻，在电动机拖曳的功率转矩不过分小时．减少他励直流电动机的磁通，可以并使电动机输出功率增高。

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。

弱化磁通增高输出功率的输出功率调节，电动机输出功率最大值受到高速运行能力与机械强度的管制，通常约为(1.2～1.5)nn特定设计的弱磁变频电动机，可以获得(3～4)nn 的最低输出功率。

直流电机调速方案设计一、引言直流电机是一种常用的电机，在工业生产和日常生活中都有广泛的应用。

直流电机调速是将电机旋转的速率从低速调整到高速或从高速调整到低速的过程。

直流电机调速方案设计是在特定的应用场景下对直流电机进行调速的方案设计。

本文将介绍直流电机调速方案的设计过程和实现方法，以及在不同场景下的应用。

二、直流电机调速的原理直流电机的转速与直流电压成正比，即转速越高，直流电压也越高。

因此，为了实现直流电机的调速，可以通过控制直流电机的直流电压来达到控制直流电机转速的目的。

直流电机调速的基本原理为：通过改变电机绕组的电流和磁场的磁通量，来改变电机的输出扭矩和电机的转速。

三、直流电机调速方案的设计直流电机调速方案的设计需要根据具体的应用场景来制定。

下面将介绍一些常见的直流电机调速方案的设计方法。

1. 电阻调速这是一种基本的直流电机调速方法，通过在电动机电枢电路中串联外接电阻实现调速。

外接电阻的增加会降低电机电枢回路的电阻值，从而降低电机的旋转速度。

2. 变压器调速变压器调速是通过改变电机附近的变压器的电压来改变电机的转速。

当变压器的输出电压降低时，也会降低电机的转速。

3. 装有系数调速器的直流电机装有系数调速器的直流电机可以使用直接控制电机电压的方式来调速。

这种方法可以提供更精确的调速和较高的效率。

4. PWM调速PWM调速是通过改变电机驱动芯片的PWM脉冲宽度来改变电机的转速。

这种调速方法可以达到很高的精度，并且可以很好地控制电机的细节。

五、直流电机调速方案的应用下面将介绍几个常见的直流电机调速方案的应用场景。

1. 工业生产中的电机控制直流电机调速在工业生产中的应用非常广泛。

例如，机床设备、生产线和工程机械等都需要使用直流电机，并根据需要进行调速。

2. 机器人的动力源直流电机是机器人的常用动力源之一，直流电机调速可以精确地控制机器人的行动。

3. 电动工具的控制电动工具，例如电动钻、电动锤，需要根据需要自动调整转速以适应不同的材料和工作条件。

直流电动机调速课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解直流电动机的基本构造、工作原理和调速方法；2. 使学生掌握直流电动机调速的相关理论知识，如电枢电压调速、励磁电流调速和串电阻调速；3. 帮助学生了解直流电动机调速在实际应用中的关键作用和价值。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际直流电动机调速问题的能力；2. 让学生学会使用相关仪器、设备进行直流电动机调速实验，提高动手操作能力；3. 培养学生团队协作、沟通交流的能力，以小组合作形式完成实验任务。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对直流电动机调速技术的兴趣，培养科技创新精神；2. 培养学生严谨、务实的科学态度，关注实际问题的解决；3. 增强学生的环保意识，认识到调速技术在节能减排方面的重要性。

课程性质：本课程为高二年级物理课程，旨在让学生掌握直流电动机调速的基本原理和实际应用。

学生特点：高二年级学生已具备一定的物理知识基础，具有较强的逻辑思维能力和动手操作能力。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和问题解决能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，并为后续相关课程的学习奠定基础。

在教学过程中，关注学生的学习进度，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。

二、教学内容1. 理论知识：（1）直流电动机的基本构造、工作原理及分类；（2）直流电动机调速原理，包括电枢电压调速、励磁电流调速和串电阻调速；（3）调速性能指标及影响调速性能的因素。

2. 实践操作：（1）使用仿真软件或实验设备进行直流电动机调速实验；（2）学习并掌握相关仪器、设备的使用方法；（3）小组合作完成实验任务，分析实验结果，探讨调速方法在实际应用中的优缺点。

3. 教学大纲：（1）第1课时：介绍直流电动机的基本构造、工作原理及分类；（2）第2课时：讲解直流电动机调速原理及调速方法；（3）第3课时：分析调速性能指标及影响调速性能的因素；（4）第4课时：实践操作，进行直流电动机调速实验；（5）第5课时：总结实验结果，讨论调速方法在实际应用中的优缺点。

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。