重庆邮电大学移通学院
自 动 化 系
课程设计报告
设计题目: 直流电动机械特性测试与分析
学生：---------------
专业:---------------- 班级:---------------- 学号:---------------- 指导教师:----------------
目录
摘要 .................................................................................................................................................. 3 一设计的目的和意义 ....................................................................................................................... 3 1.1设计题目 ..................................................................................................................................... 3 1.2设计目的 ..................................................................................................................................... 3 二总体设计方案 ............................................................................................................................... 3 2.1 并励(他励)直流电动机的起动 ................................................................................................. 3
2.1.1电枢回路串电阻起动 ...................................................................................................... 4 2.2并励(他励)直流电动机的调速 .................................................................................................. 4
2.2.1调节电枢电压调速 .......................................................................................................... 4 2.2.2调节串入电枢回路电阻调速 .......................................................................................... 5 2.2.3调节励磁电流调速 .......................................................................................................... 5 三调速的性能指标 ........................................................................................................................... 5 3.1 调速范围与静差率 .................................................................................................................... 5 3.2 调速的平滑性 ............................................................................................................................ 6 3.3调速的经济性 ............................................................................................................................. 6 四.设计过程 ...................................................................................................................................... 6 4.1 实验设备 .................................................................................................................................... 6 4.2 设备屏上挂件排列顺序 ............................................................................................................ 6 4.3 设计原理图 ................................................................................................................................ 7 4.4调速步骤 ..................................................................................................................................... 7
4.4.1选择仪器 .......................................................................................................................... 7 4.4.2直流他励电动机的起动准备 .......................................................................................... 8 4.4.3他励直流电动机起动步骤 .............................................................................................. 8 五、设计心得 ................................................................................................................................... 9 六．参考文献 .....................................................................................................................................
摘要
随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中电动机调速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。关键词：直流电动机 调速 设计
一设计的目的和意义
1.1设计题目
并励直流电动机机械性能的测试与分析
1.2设计目的
通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解异步电动机的调速方法。这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。
二总体设计方案
2.1 并励(他励)直流电动机的起动
直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。直流电动机开始起动时，转速n=0，此时直流电动机的反电动势(E=KEφn)还没有建立起来，由于电枢电阻Ra较小，Ia=u／R。，所以此时电枢电流最大。另外，根据转
矩公式T=KTφI可知，由于电枢电流非常大，此时的起动转矩也非常大。这样大的起动电流和起动转矩，分别将对供电电源和机械装置形成强大的冲击。通常采用保证足够的起动转矩下尽量减少起动电流的办法，使电动机起动。
2.1.1电枢回路串电阻起动
为了限制起动电流，起动时可在电枢回路串入起动电阻RST,待电动机转速上升后逐步将起动电阻切除。接人起动电阻后的起动电流为
2.1.2减压起动
减压起动时，开始加在电动机电枢的端电压很低，随着转速的上升，逐步增大电枢电压，并使电枢电流限制在一定的范围内。为使励磁不受电枢电压的影响，电动机应采用他励方式。
2.2并励(他励)直流电动机的调速
同交流异步电动机相比，并励直流电动机在调速方面有其独到的优点。从直流电动机的转速特性：
可知，并励(他励)直流电动机可通过三种方式对电动机的速度进行凋节
2.2.1调节电枢电压调速
当保持他励直流电动机磁通为额定值和电枢回路电阻不变时，降低电枢电压，可以调节电动机的转速由并励直流电动机的机械特性为
U(v) N(r/min)
0 0 40 246 80 513 120 773 160 1041 200 1302
2.2.2调节串入电枢回路电阻调速
在电枢回路串八电阻RΩ从串八电阻后并励直流电动机的机械特性
可知，机械特性的斜率将随之增大，即‰不变，改变的只是△n所以它和负载特性的交点随着RΩ的变大而逐步下移，如图所示：
这种调速方法的优点是简单易行，缺点是接人电阻后电动机的效率降低，机械特性变软。
2.2.3调节励磁电流调速
这种调速方法所用设备简单．调节也很方便，且效率较高。缺点是随着电动机转速的增高，电枢电流随之升高，电动机的温升升高，换向条件变坏，转速过高，还会出现不稳定的现象。
三调速的性能指标
3.1 调速范围与静差率
调速范围是指电动机在额定负载转矩 调速时，其最高转速与最低转速之比，用 D
表示为
最高转速受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求的限制。静差率或转速变换率，是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率
静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变换也越小。 调速范围与静差
率相互制约，采用同一种方法调速时，静差率数值越大，则可以得到较高的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，其调速范围 D 不同。
3.2 调速的平滑性
无级调速的平滑性最好，有级调速的平滑性用平滑系数 表示，其定义为：相邻两极转速中，高一级 n 与低一级转速 n 之比，即
3.3调速的经济性
主要考虑调速设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等。 调速时电能的损耗除了要考虑电动机本身的损耗外，还要考虑供电电源的效率。 调速设备初投资应该考虑电动机和供电电源两方面：专门设计的改变磁通调速的电动机成本较普通直流电机为高；降电枢电压调速的大功率可调压电源，成本也较高；调磁通调速一般也要专门配一可调压电源，但容量要小，成本也低些。这样综合起来考虑，电枢串电阻调速设备成本最低，而改变电源电压调速设备成本最高。
四.设计过程
4.1 实验设备
序号 1 2 3 4 5 6 7 型号 DQ03-1 DQ19 DQ09 DQ22-1 DQ27 DQ29-1 DQ26 名称 导轨、测速发电机及转速表 校正直流测功机 直流并励电动机 直流数字电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 三相可调电阻器 数量 1台 1台 1台 2件 2件 1件 1件
4.2 设备屏上挂件排列顺序
DQ22-1、DQ27、DQ29-1、DQ27、DQ22-1
4.3 设计原理图
励磁电源－+220VIf2A2Rf2并励绕组IfA1Rf1V2IFA4SR1IA3V1+220V－电枢电源
4.4调速步骤
4.4.1选择仪器
（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1000V量程档。 （2）电流量程的选择
因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流
并磁绕阻
表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。 （3）变阻器的选择
变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的900Ω与900Ω串联电阻。
4.4.2直流他励电动机的起动准备
(1)、按原理图接线。图中直流他励电动机M用DQ09，其额定功率PN=355W，额定电压UN=220V，额定电流IN=2.2A,,额定转速nN=1500r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用DQ22-1。Rf1用可调电阻器DDQ29-1中的900Ω与900Ω电阻串联，使Rf1的阻值等于1800Ω，作为并励直流电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用可调电阻器DQ27中的900Ω与900Ω电阻串联，使Rf2的阻值等于1800Ω，作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用可调电阻器DQ29-1中的90Ω与90Ω电阻串联，使R1的阻值等于180Ω，作为他励直流他励电动机的起动电阻，R2选用可调电阻器DQ27中的900Ω与900Ω并联后再与可调电阻器DQ27中的6个90Ω电阻互串联，作为MG的负载电阻。
(2)、接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
4.4.3他励直流电动机起动步骤
(1)检查按原理图的接线是否正确，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。
(2)将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，并将控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮调至最小，作好起动准备。 (3)开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2（电流表A2）于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，调节控制屏上电枢电源“电压调节”旋钮，使电动机M起动。
(4)M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正值。（若不正确，先关断电枢电源开关，再关断励磁电源开关，用励磁电源极性对调来纠正转向，重复步骤（1）（2），使电动机M起动。）电动机M起动后，调节控制屏上电枢电源电压为220伏。减小起动电阻R1阻值，直至短接。 (5)合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2阻值，记录电枢电流I（电流表A3）不同值时，使MG的负载电流IF（电流表A4）改变值，即直流电动机M的输出转矩T2改变值（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f(IF)，可得到M不同的输出转矩T2值）。将测得数据记录到表1-1中。 表1-1
I（电流表A3） 0.49 IF（电流表A4） 0.20 T2 0.07845 0.52 0.23 0.07596 0.55 0.25 0.08456 0.58 0.28 0.08421 0.62 0.31 0.08475 0.68 0.36 0.08456
(6)调节并励电动机的转速
分别改变电动机M电枢回路的电阻R1和励磁回路的电阻Rf1，观察转速变化情况：电阻R1增大，电机转速明显减小；增大Rf1，电动机转速变化微小。
保持励磁回路的电阻Rf1不变，改变电枢回路的电阻R1，使其增大，测转速n。将测得数据记录到表1-2中。 表1-2 R1(Ω) N(r/min) 保持电阻R1=0不变，改变励磁回路的调节电阻Rf1时，测转速n。将测得数据记录到表1-3中。 表1-3 Rf1(Ω) N(r/min) 300 1449 600 1450 900 1455 1200 1460 1500 1462 1800 1460 30 1348 60 1261 90 1182 120 1110 150 1043 180 967
(7)改变电动机的转向
将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将励磁绕组的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向：转向与改变前相反；转速表指针偏转方向为负。
五、设计心得
通过这段时间的课程设计，从无知到认知，到深入了解，渐渐了我喜欢上了这个全新的专业，让我深刻的体会到学习过程是最美的。在整个课程设计过程中，我每天都有很多新的体会。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。我的独立思考能力得到了相应的提高，在设计过程中，我不仅学到了知识，也让我感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。真正接触了实践，使我消除了从学校走向社会的恐惧心理，使我对未来充满了信心，以良好的心态去面对社会。同时我也体验到了工作的艰辛，促使自己努力学习更多的知识，为自己今后的工作奠定良好的基础。
六、参考文献
《电机与拖动基础》 刘起新 主编 中国电力出版社 2005年出版 《电机学》 李海发 主编 科学出版社 2001年出版 《电机及拖动基础》 机械工业出版社
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