电机原理与拖动——直流电机工作特性测试系统设计.doc

摘要 直流电动机具有调速范围广、调速平稳、过载能力强以及启动和制动转矩大等优点，在工农业生产中有广泛的应用。文章主要研究了直流电动机串电阻起动方法；在直流电动机电枢绕组中串入电阻来降低起动电流和起动转矩；直流电动机能耗、反接、回馈三种制动方法和电枢电压调速、弱磁调速及串电阻调速等，且利用仿真软件和实验设置验证理论计算的正确性。并且在实验过程中了解所用设备和仪表的使用及安全操作规程；学会并励直流电动机的接线和操作方法，掌握并励直流电动机的起动、调速等方法；通过测取并励直流电动机工作特性和机械特性，掌握测试电机的基本技能和方法，树立工程意识，从运行的角度理解机电能量转换的原理，深入理解工作特性和机械特性的内涵，为熟练掌握和灵活运用电动机奠定基础。 关键词：直流电机；串电阻启动；制动；调速；仿真 目录 第1章 直流电机的启动 1 1.1 设计任务要求 1 1.2 基本原理 1 1.2.1直流电动机的基本工作原理 1 1.2.2他励直流电动机 2 1.2.3他励直流电动机的起动 3 1.3计算 4 1.3.1直流电机的参数 4 1.3.2直流电动机的起动过程分析 4 1.3.3他励直流电机起动电阻的计算 5 1.4仿真 7 第2章 直流电机的制动 8 2.1设计任务要求 9 2.2能耗制动 9 2.2.1基本原理 9 2.2.2计算 10 2.2.3仿真 11 2.3能耗制动之下放重物 12 2.3.1下放重物之机械特性 12 2.4反接制动 13 2.4.1基本原理 13 2.4.2计算 15 2.4.3仿真 15 2.5回馈制动 16 2.5.1基本原理 16 2.5.2计算 18 2.5.3仿真 18 第3章 直流电机的调速 20 3.1设计任务要求 20 3.2串电阻调速 20 3.2.1基本原理 20 3.2.2计算 21 3.2.3仿真 22 3.2.4实验 23 3.3调压调速 24 3.3.1改变电枢电源电压调速 24 3.3.2 计算 25 3.3.3 仿真 26 3.4弱磁调速 27 3.4.1 改变励磁电流调速 27 3.4.2 计算 27 3.4.3 仿真 28 参考文献 30 第1章 直流电机的启动 1.1 设计任务要求 直流电动机串电阻起动，主要针对确定参数的他励直流电动机，完成理论计算，确定分级起动级数和电阻值，最终利用软件（如 MATLAB、Proteus）模拟或者利用实验装置测定参数。 1.2 基本原理 1.2.1直流电动机的基本工作原理 图1是一台最简单的直流电动机的模型，N和是一对固定的磁极(一般是电磁铁也可以是永久磁铁)。极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线，线的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。 图1直流电动机的模型Ω为常数时，电动机产生的电磁转矩T与转速n之间的函数关系，即n=f(T)。他励直流电动机电路原理图如图1-2所示。 图1-2 他励直流电动机电路原理图 图1-3 他励直流电动机的机械特性 机械特性方程式： 电枢感应电动势 （1-1） 电磁转矩 （1-2） 电枢电路电压平衡方程 （1-3） 电动机转速特性方程： （1-4） 由电磁转矩方程可得到，代入转速特性方程式中，就得到电动机机械特性方程式： （1-5） 式中： 。 （1-6） 若U，，R均为常数，机械特性是一条向下倾斜的直线，如图3所示。 （1-7） 或 （1-8） 由式（1）可知，越大，越大，机械特性曲线越斜，称之为软特性；反之将小、小的特性称硬特性。 2.固有机械特性与人为机械特性 当电枢上加额定电压、气隙每极磁通为额定磁通、电枢回路不串任何电阻时的机械特性称为他励直流电动机的固有机械特性。 人为地改变电动机的参数，如改变电压U、改变磁电流If（即改变磁通）、电枢回路串电阻所得到的机械特性称为人为机械特性[3]。 电枢回路串电阻使斜率β增大，特性曲线变软，但理想空载转速不变，所以人为机械特性为一簇经过理想空载转速点的放射性直线，如图1-4。 变电压时的人为特性是一组平行直线,如图1-5;弱磁时的人为特性如图1-6。 图1-4 电枢串电阻时的人为特性 图1-5 变电压时的人为特性 图1-6 弱磁时的人为特性 1.2.3他励直流电动机的起动 1.降低电枢电压起动 起动时，加上励磁电压，保持励磁电流为额定值不变，电枢电压从零逐渐升高到额定值。优点