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1、直流电动机的控制,一、能力目标二、仪器与设备三、项目要求（一）掌握直流电动机的启动方法1 他励直流电动机降压启动,直流电动机的控制,直流电动机的控制,（1）按图14-1接线。图中直流他励电动机M其额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，额定励磁电流。Rf1用1800阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用1800阻值的变阻器。作为测功机MG励磁回路串接的电阻。R1用180阻值作为直流他励电动机的启动电阻，R2用1000阻值作为MG的负载电阻。（2）检查按图14-1接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢靠。然后将电动机电枢串联启动电阻R1调至最小值，测功
2、机 MG的负载电阻R2及MG的励磁回路电阻Rf2调到阻值最大值，M的励磁电阻Rf1调至最小值，断开开关，作好起动准备。,直流电动机的控制,（3）接通励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2为额定值并保持不变，调节M的励磁电阻Rf1为额定值并保持不变。（4）将电动机可调直流电源输出电压调至零伏，合上电枢电源开关，调节电枢电源电压使输出电压逐步增高，使M起动。观察M开始转动时启动电流和电枢电压。启动电流为 A；启动电压为 V。（5）调节电枢电源电压至220V额定电压值，使电动机达到额定转速。,直流电动机的控制,（6）合上直流测功机MG的负载开关Q1，调节R2阻值，使MG的负载电流
3、IF改变，即直流电动机M的输出转矩T2改变，重复（1）（4）项的操作，观察电动机在带不同的负载下启动电流和电压的变化。2电枢回路串联电阻启动（1）首先接通励磁电源开关，保持M及MG的励磁电流为额定值并保持不变。（2）将电枢回路串联电阻R1 调至最大值。,直流电动机的控制,（3）将电动机电枢电源电压调至220V额定值（4）合上电枢电源开关Q2，逐渐减小R1的阻值，启动电动机M。启动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，观察启动电流和转速的变化。（二）掌握直流他励电动机的调速方法。1改变电枢电压的调速 1）按图14-1接线。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
4、的转矩和输出功率。,直流电动机的控制,2）启动直流电动机运行后，将电阻R1调至零，If2调至额定值，再调节负载电阻R2、电枢电压及励磁电阻Rf1，使M的U=UN，I=0.5IN，IfIfN记下此时MG的IF值。UUN，IIN，nnN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。3）保持此时的IF值（即T2值）和IfIfN不变，逐步降低电枢两端的电压Ua，每次测取电动机的端电压Ua，转速n和电枢电流Ia。共取数据89组，记录。,直流电动机的控制,2电枢回路串电阻调速1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和励磁调节电阻Rf1调至零，将MG的励磁电流调至额定值，再调节M的电枢电源电压和MG的负
5、载，使电动机M的UUN，IIN，n=nN记下此时的IF值。2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的UUN，IfIfN不变，逐步增加电枢回路电阻阻值R1，每次测取电动机的n、R1和Ia。共取78组数据记录。,直流电动机的控制,3 改变励磁调速1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和励磁调节电阻Rf1调至零，将MG的励磁电流调至额定值，再调节M的电枢电源电压和MG的负载，使电动机M的UUN，I0.5IN，记下此时的IF值。2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的UUN，不变，逐步增加励磁回路电阻阻值Rf1，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia。共取78组数据记录。,直流电动机的
6、控制,（三）掌握直流电动机电气制动的方法1 他励直流电动机反接制动状态下的机械特性（1）按图14-1接线，根据电动机的额定数据选定电压表、电流表量程。R1、R2、R3及R4依不同的实验而选不同的阻值。（2）先接通励磁电源，调整R1、R3使励磁电流为额定值，电阻R2调整为400，再接通电枢电源，使电动机M启动运转，在Q2两端测量测功机MG的空载电压是否和“电枢电源”的电压极性相反，若极性相反，检查R4阻值确在最大位置时可把Q2合向1端。,直流电动机的控制,直流电动机的控制,（3）保持电动机的“电枢电源”电压U=UN=220V，If=IfN不变，逐渐减小R4阻值，调至零值后用导线短接，使电机减速直
7、至为零。把转速表的正、反开关打在反向位置，继续减小电阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电源反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在1、4象限的n、Ia共取1213组数据记录。（4）停机（必须记住先关断“电枢电源”而后关断“励磁电源”的次序，并随手将S2合向到2端）。（5）通过改变R2阻值可得到不同的反接制动特性曲线。,直流电动机的控制,2能耗制动状态下的机械特性（1）图14-1中，R1、R3和R4阻值不变，R2用180固定阻值。（2）S1合向2短接端，S2合向1端。（3）先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使直流测功机MG启动运转，调
8、节“电枢电源”电压为220V，调节R1使电动机M的If=IfN，调节R3使电机MG励磁电流为额定值，先减少R4阻值使电机M的能耗制动电流Ia=0.8IaN，然后逐次增加R4阻值，其间测取M的Ia、n共取89组数据记录。,直流电动机的控制,（4）把R2调定在90阻值，重复上述实验操作步骤（2）、（3），测取M的Ia、n共取57组数据记录。当忽略不变损耗时，可近似认为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电磁转矩T=CTI。，他励电动机在磁通不变的情况下，其机械特性可以由曲线n=f（Ia）来描述。3R2=0时回馈制动状态下的机械特性（1）将Q1合向1电源端，Q2合向2短接端（见图14-1）。,直流电动机
9、的控制,（2）先接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M起动运转。调节“电枢电源”电压为220V；调节R2阻值至零位置，调节R3阻值，使电流表A3为100mA。（3）调节电动机M的励磁调节电阻R1阻值，和电机MG的负载电阻R4阻值，使电动机M的 n=nN=1600rmin，IN=If+Ia=1.2A。此时他励直流电动机的励磁电流If为额定励磁电流IfN。保持U=UN=220V，If=IfN，A3表为100mA。增大R3阻值，直至空载（拆掉开关Q2上的短接线），测取电动机M在额定负载至空载范围的n、Ia 共取89组数据记录于表14-7中。,直流
10、电动机的控制,（4）在确定Q2上短接线仍拆掉的情况下，把R4调至零值位置（调至零值后用导线短接），再减小R3阻值，使MG的空载电压与电枢电源电压值接近相等（在开关Q2两端测），并且极性相同，把开关Q2合向1端。（5）保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，调节R3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A2表的电流值为0A时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900r/min，测取M的n、Ia 共取89组数据记录于表14-8中。（6）停机（先关断“电枢电源”开关，再关断“励磁电源”开关，并将开关Q2合向到2端）,直流电动机的
11、控制,四、直流电动机的启动、调速、反转与制动原理（一）直流电动机的启动 直流电动机由静止状态达到正常运转的过程，称为启动过程。直流电动机在启动过程中不但转速发生变化，而且转矩、电流等也在变化。对直流电动机启动的要求是应有足够大的启动转矩，同时电动机的起动电流又不能过大。直流电动机在开始起动瞬间，转速n=0，故反电动势Ea=0。此时电枢电流Ia为,直流电动机的控制,通常采用的启动方法有两种：降低电压启动和在电枢回路串电阻启动。1降低电源电压启动降低电源电压启动是启动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以减小起动电流Ist，为了获得足够大的起动转矩，起动电流通常限制在（1.52）IN内，则起动
12、电压应为,直流电动机的控制,2电枢回路串电阻起动 电枢回路串电阻起动是电动机电源电压为额定值且恒定不变时，在电枢回路中串接一个启动电阻Rst来达到限制启动电流的目的，此时Ist为,直流电动机的控制,图14-2为他励直流电动机自动启动电路图。图中Rst4、Rst3、Rst2、Rst1为各级串入的启动电阻，KM为电枢线路接触器，KM1-KM4为启动接触器，用它们的常开主触头来短接各段电阻。起动过程机械特性如图14-3所示。,直流电动机的控制,直流电动机的控制,直流电动机的控制,（二）直流电动机的调速直流电动机的调速方法有机械调速、电气调速以及机械电气配合调速三种方式。直流电动机的电气调速是通过改变
13、电动机的机械特性来改变电动机的转速的。由直流电动机机械特性方程式可知，它可用三种方法来实现：一是电枢回路串电阻调速；二是改变电枢电压调速；三是改变主磁通调速。,直流电动机的控制,1电枢回路串电阻调速 电枢回路串电阻调速是在电枢电路中串接调速变阻器来实现的，当电枢电路串接电阻Rpa后，电动机的转速为可见，当电源电压U及主磁通保持不变时，串入的调速电阻越大，曲线的斜率越大，机械特性越软。,直流电动机的控制,如图14-4所示。在负载转矩TL下，串入的电阻越大，转速下降的越多；反之，转速上升。串电阻调速方法的特点是：设备简单，投资少，只须增加电阻和切换开关，操作方便；属于恒转矩调速方式，转速只能由额定
14、转速往下调；只能分级调速，调速平滑性差；低速时，机械特性很软，转速受负载影响变化大，电能损耗大，经济性能较差。,直流电动机的控制,直流电动机的控制,2降低电枢电压调速由降低电枢电压人为机械特性方程式画出降压后的人为机械特性曲线如图14-5所示。降压调速的物理过程为：在负载转矩TL下，电动机稳定运行在固有特性曲线1 的a点，若突然将电枢电压从U1=UN降至U2，因机械惯性，转速不能突变，电动机由a点过渡到特性曲线2上的b点，此时TTL，电动机立即进行减速，随着n的下降，电动势Ea下降，电枢电流Ia回升，电磁转矩T上升，直到特性2的c点，T=TL，电动机以较低转速nc稳定运行。,直流电动机的控制,
15、直流电动机的控制,若降压幅度较大时，如从U1突然降到U3，电动机由a点过渡到d点，由于ndn03，电动机进入发电回馈制动状态，直至e点。当电动机减速至e点时，Ea=U3，电动机重新进入电动状态继续减速直至特性曲线3的f点，T=TL，电动机以更低的转速稳定运行。,直流电动机的控制,3改变主磁通调速改变主磁通调速是通过改变励磁电流的大小来实现的，具体方法是在励磁回路中串人可调节的电阻，调节励磁电流，进而改变主磁通，使直流电动机的转速得到改变。他励（并励）直流电动机改变主磁通调速的机械特性如图14-6所示。,直流电动机的控制,直流电动机的控制,减弱磁通调速的物理过程：若电动机原在a点稳定运行，当磁通
16、从l突然降至2时，由于机械惯性，转速来不及变化，则电动机由a点过渡到b点，此时TTL，电动机立即加速，随着n的提高，Ea增大，Ia下降，T下降，直到c点T=TL，电动机以新的较高的转速稳定运行。而由2突然增至l时，将会出现一段发电回馈制动。,直流电动机的控制,（三）直流电动机电气制动的原理 直流电动机的制动可以分为机械制动和电气制动，其中机械制动常用的方法是电磁抱闸制动；电气制动是使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转矩，阻碍电动机转动。常用的电气制动有反接制动、能耗制动和再生制动。1反接制动反接制动是利用改变电枢两端电压极性或改变励磁电流的方向，来改变电磁转矩的方向，形成制动力矩，迫使电动机
17、迅速停转。,直流电动机的控制,并励直流电动机的反接制动是把正在运行的电动机的电枢绕组突然反接来实现的。采用反接制动时必须注意：（1）电枢绕组突然反接的瞬间，反电动势Ea数值未变，而外接电压方向相反，变为与Ea同方向故在该瞬间加在电枢绕组上的电压接近两倍的端电压，会在电枢绕组中产生很大的反向电流，易使换向器和电刷产生强烈火花而损伤，故必须在电枢回路中串人附加电阻以限制电枢电流，附加电阻的大小可近似等于电枢的电阻值。,直流电动机的控制,（2）当电动机转速等于零时，应及时准确可行地切断电枢回路的电源，以防止电动机反转。反接制动的优点是制动转矩比较大，一般用于要求制动强烈或要求迅速反转的场合。其缺点是
18、需要从电网吸取大量的电能，而且对机械负载有较强的冲击作用。转速反向制动法是强迫电动机的转速反向，使电动机的转速n的方向与电磁转矩T的方向相反，这种转速反向制动法，对于转速n的反向来说，相当于电枢被反接，因而称之为反接制动。,直流电动机的控制,2能耗制动把电动机的电枢绕组从电源上切除后，让主磁极绕组仍接在电源上，产生恒定的主极磁通，电动机依靠惯性继续转动，电枢绕组切割主磁通而产生感应电动势Ea，此时电动机已处于发电机状态运行，若把脱离电源后的电枢绕组立即接到制动电阻上，在电阻R中产生电流，使转子惯性旋转的机械能转化成热能消耗在制动电阻上，此时，电枢电流与电动机状态时的电流方向相反，产生的电磁转矩是制动转矩，从而使电动机迅速停止转动。,直流电动机的控制,（3）再生制动 所谓再生制动是电动机此时处于发电机状态下运行，将发出的电能反送回电网。当直流电动机的转速超过了它的空载转速时，由公式可知，如果电动机的主极磁通不变，则EaU，此时电动机就处在发电机状态下运行，Ia与Ea方向相同，并产生制动转矩，从而限制了电动机转动的速度，这就是再生制动。当电车下坡以及起重机下放重物，电动机都可能发生再生制动状态，电动机采用降压调速时，如果电枢电压下降的过多，电动机也有可能进入再生制动状态运行。,
