模塊三 直流電機

模塊三

直流電機模塊三

直流電機項目1

直流電機的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)項目2

他勵直流電動機的機械特性測定項目3

直流電動機的控制直流電機的工作原理認識1直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識

2從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能3項目1

直流電機的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)

直流電機的運行原理認識4654321任務(wù)提出任務(wù)目標任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)1直流電機的工作原理認識任務(wù)分析

相關(guān)知識任務(wù)提出

在日常生活中和工業(yè)控制中，我們經(jīng)常用到直流電機，要準確使用和控制直流電機的運行，我們有必要認識一下直流電機的工作原理。任務(wù)1直流電機的工作原理認識任務(wù)目標①了解直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理。②能知道直流電機主要由定子磁場和切割磁力線的轉(zhuǎn)子線圈構(gòu)成。③認識直流電機，并熟悉其可逆原理。任務(wù)1直流電機的工作原理認識任務(wù)分析

由于直流電機分為直流發(fā)電機和直流電動機，所以要了解直流電機的工作原理，需要分別了解直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理，以及發(fā)電機與電動機之間的關(guān)系，下面我們來了解一下直流電機的相關(guān)知識。任務(wù)1直流電機的工作原理認識任務(wù)1直流電機的工作原理認識

（a）起始位置

b）旋轉(zhuǎn)180°后位置圖3-1直流發(fā)電機工作原理相關(guān)知識1．直流發(fā)電機的工作原理單根導(dǎo)體的電動勢

e=BLVB：電磁感應(yīng)強度（T），與每極磁通Φ成正比；L：ab或cd的長度（m）；V：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的線速度（m/s）發(fā)電機輸出總電動勢

Ea=CeΦnCe：轉(zhuǎn)子電動系數(shù)，與發(fā)電機結(jié)構(gòu)有關(guān)；Φ：每極磁通；n：為發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。任務(wù)1直流電機的工作原理認識相關(guān)知識2．直流電動機的工作原理單根導(dǎo)體受力F=BIL電動機電磁力矩Te=CmΦIa

Cm：電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)，與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)；Φ：每極磁通（Wb）；Ia：轉(zhuǎn)子電流（A）；Te：電磁轉(zhuǎn)矩（N/m）。

（a）起始位置（b）旋轉(zhuǎn)180°后位置

圖3-2直流電動機工作原理

任務(wù)1直流電機的工作原理認識相關(guān)知識

3．直流電機的可逆性

一臺直流電機既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，這種原理在電機理論中稱為可逆原理。任務(wù)1直流電機的工作原理認識

任務(wù)實施電機原理認識實訓(xùn)設(shè)備材料表序號名稱序號名稱1三相鼠籠式異步電動機（△/380V）7滑動變阻器2刀開關(guān)8連接線若干3熔斷器9直流電源4直流電機10交流電源5直流電流表6直流電壓表任務(wù)1直流電機的工作原理認識

任務(wù)實施實施步驟①連接直流電機勵磁供電回路，在老師的指導(dǎo)下把滑動變阻器調(diào)到最大。②連接電樞線圈回路。③合上勵磁回路電源，調(diào)整滑動變阻器使勵磁電流為0.2A。④調(diào)節(jié)電樞線圈電源電壓，使其低于電機額定電壓一半以上，合上電樞線圈電源，觀察電動機旋轉(zhuǎn)情況，調(diào)節(jié)電壓，使電壓提高，觀察電動機旋轉(zhuǎn)情況。⑤突然關(guān)閉電樞電源，馬上用電壓表測量電樞線圈電壓，并觀察電機的旋轉(zhuǎn)情況。⑥在教師指導(dǎo)下用三相異步電動機帶動直流電機旋轉(zhuǎn)，測量直流電機電樞的電壓。任務(wù)1直流電機的工作原理認識任務(wù)評價序號考核內(nèi)容考核要求成績1安全操作符合安全生產(chǎn)要求，聽從老師指揮，團隊合作融洽（20分）2連接線路按要求正確連接電樞回路和勵磁回路（30分）3觀察和測量正確電壓表、電流表，調(diào)節(jié)變阻器和調(diào)節(jié)電樞電壓（30分）4實驗報告實驗結(jié)束，做好收尾工作，寫出書面實驗報告（20分）654321任務(wù)提出任務(wù)目標任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識任務(wù)分析

相關(guān)知識任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識任務(wù)提出

了解了直流電機的原理后，如何構(gòu)成真正的電機呢？線圈如何組成繞組？如何固定？真正的換相器是怎么樣的？定子磁場是怎么產(chǎn)生的？讓我們拆裝一臺直流電機來認識直流電機的結(jié)構(gòu)，并了解它的勵磁方式。任務(wù)目標①了解直流電機組成結(jié)構(gòu)及直流電機幾種主要勵磁方式。②掌握直流電機各組成部分的主要功能。③能對直流電機的端子進行接線，能對定子和轉(zhuǎn)子進行測試。任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識任務(wù)分析

要完成直流電機的拆裝，就必須熟悉直流電機的結(jié)構(gòu)以及各組成部分的作用，以免在拆裝時損壞電機，另外要讓直流電機真正運行，就需要學(xué)生能夠完成電機接線，要完成接線，就必須了解直流電機的勵磁方式。任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識相關(guān)知識

一、直流電機的結(jié)構(gòu)

直流電機主要分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定轉(zhuǎn)子之間存在的間隙稱為氣隙。

1．定子

定子是電機的靜止部分，主要用來產(chǎn)生磁場。它主要包括：（1）主磁極（2）換向極（3）電刷裝置（4）機座和端蓋

2．轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子是電機的轉(zhuǎn)動部分，轉(zhuǎn)子的主要作用是感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使機械能變?yōu)殡娔埽òl(fā)電機）或電能變?yōu)闄C械能（電動機）的樞紐。它主要包括：（1）電樞（電樞鐵心、電樞繞組）（2）換向器（3）轉(zhuǎn)軸3．氣隙

靜止的磁極和旋轉(zhuǎn)的電樞之間的間隙稱為氣隙。任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識相關(guān)知識

圖3-3直流電機鏡向剖面圖

圖3-4主磁極1—極靴2—電樞齒3—電樞槽4—主磁極

1—主磁極鐵心2—勵磁繞組3—機座5—勵磁繞組6—磁軛7—換向磁極8—換向極繞組9—電樞繞組10—電樞鐵心11—機座任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識相關(guān)知識

圖3-5換向極

圖3-6電刷裝置

圖3-7換向器 1—換向極鐵心2—換向極繞組1—刷握2—電刷3—壓緊彈簧4—刷辮1—換向片2—連接片 任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識相關(guān)知識

二、直流電機的勵磁方式

（a）他勵

（b）并勵

（c）串勵

（d）復(fù)勵圖3-8直流電機的勵磁方式任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識任務(wù)實施

直流電動機拆裝

本任務(wù)主要了解直流電機的結(jié)構(gòu)和勵磁方式，所以對直流電機進行拆裝，觀察其結(jié)構(gòu)，并了解其各部分的功能，重點觀察電樞繞組是怎么樣的？為什么這樣繞組？電機的外部接線端子的含義，以及如何接線。

主要設(shè)備及工具清單如下：序號名稱序號名稱1直流電機（220V）4扳手2螺絲刀（十字和平頭各一把）5萬用表3鉗子任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識任務(wù)實施任務(wù)實施步驟：①用螺絲刀和扳手卸開電動機外殼，觀察其定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。②觀察電樞繞組是怎么樣進行的？怎么樣連接的？并用萬用表進行確認。③觀察勵磁繞組是怎么樣連接的？其出線有幾個節(jié)點。想想如果是并勵方式勵磁，其勵磁出線端與電樞出線端如何連接？④安裝電機，將電機恢復(fù)原狀。⑤認識出線端的標志電樞繞組A1、A2；換向極繞組B1、B2；補償繞組C1、C2；串勵繞組D1、D2；并勵繞組E1、E2；他勵繞組F1、F2。任務(wù)2直流電機的結(jié)構(gòu)、勵磁方式認識任務(wù)評價序號考核內(nèi)容考核要求成績1安全操作符合安全生產(chǎn)要求，團隊合作融洽（20分）2認識元件正確指出各部件的名稱和作用（30分）3拆卸及檢查正確使用螺絲刀、扳手及萬用表（30分）4恢復(fù)將電機恢復(fù)原狀，并收拾工具（20分）654321任務(wù)提出任務(wù)目標任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)3從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能任務(wù)分析

相關(guān)知識任務(wù)3從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能任務(wù)提出

現(xiàn)有一臺直流電動機，其銘牌如下表，請說明其主要性能。型號Z3-95產(chǎn)品編號7009結(jié)構(gòu)型式B3勵磁方式他勵額定功率30kW勵磁電壓220V額定電壓220V工作方式連續(xù)額定電流160A絕緣等級定子B轉(zhuǎn)子B額定轉(zhuǎn)速750r/min重量685kg標準編號JB1104-68出廠日期2005年6月任務(wù)目標①了解直流電機的型號及其含義；②了解直流電機有哪些性能指標；③能從直流電機的銘牌上看出該電機的主要性能。任務(wù)3從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能任務(wù)3從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能任務(wù)分析

要了解直流電機的性能，首先要了解直流電機的性能參數(shù)有哪些？各有什么作用。而有些性能數(shù)據(jù)可以直接從銘牌中讀出，有些則需要通過銘牌數(shù)據(jù)進行一定的計算才能得出。任務(wù)3從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能相關(guān)知識1．電機的型號型號可表明每一種產(chǎn)品的性能、用途和結(jié)構(gòu)特點，國產(chǎn)直流電機型號采用漢語拼音大寫字母和阿拉伯數(shù)字組合來表示。2．電機的額定功率PN無論是發(fā)電機還是電動機，其額定功率都是指其輸出功率。3．額定電壓UN指額定運行狀態(tài)下，直流發(fā)電機的輸出電壓或直流電動機的輸入電壓。4．額定電流IN指額定電壓和額定負載時允許電機長期輸入（電動機）或長期輸出（發(fā)電機）的電流。5．額定轉(zhuǎn)速nN指電機在額定電壓和額定負載時的旋轉(zhuǎn)速度。6．額定效率ηN指直流電機額定輸出功率與額定輸入功率之比的百分值。7．額定轉(zhuǎn)矩TN

任務(wù)3從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能任務(wù)實施

根據(jù)前面介紹的相關(guān)知識，通過任務(wù)表的銘牌數(shù)據(jù)來認識該電機的主要性能。

①電機型號的意義，前面已經(jīng)敘述過，這里不再重復(fù)。

②額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、勵磁方式、勵磁電壓等銘牌中直接列出。

③額定效率：

由于該電機為電動機，根據(jù)公式PN=ηNUNIN可得ηN=PN/UNIN。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)得ηN=30×103/220×160）×100%=85.2%

④額定轉(zhuǎn)矩：

根據(jù)公式

得

TN=（9.55×30/750）N?m=0.382kN?m任務(wù)3從銘牌數(shù)據(jù)了解直流電機性能任務(wù)評價序號考核內(nèi)容考核要求成績1認識銘牌準確了解各參數(shù)的含義（40分）2電量轉(zhuǎn)換能計算額定效率、額定功率、輸入功率等（30分）3轉(zhuǎn)矩計算能準確計算出額定轉(zhuǎn)矩（30分）654321任務(wù)提出任務(wù)目標任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)4直流電機的運行原理認識任務(wù)分析

相關(guān)知識任務(wù)提出

請分析直流電機在運行過程中，電壓與電流的關(guān)系；輸入輸出與功率損耗的關(guān)系；電磁轉(zhuǎn)矩如何平衡？并舉例說明。任務(wù)4直流電機的運行原理認識任務(wù)目標①了解直流電機的轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系；②掌握直流電機的電動勢平衡和功率平衡關(guān)系。任務(wù)4直流電機的運行原理認識任務(wù)4直流電機的運行原理認識任務(wù)分析

要想完成上述任務(wù)，必須了解直流電機的運行原理，下面我們來學(xué)習(xí)直流電機運行原理的相關(guān)知識。任務(wù)4直流電機的運行原理認識相關(guān)知識1．直流電機的電動勢平衡

a）發(fā)電機

b）電動機圖3-9電機運行原理圖發(fā)電機的動態(tài)電平衡方程式為穩(wěn)定運行狀態(tài)時其方程為

Ea=U+RaIa

他勵電動機的動態(tài)電平衡方程為他勵電動機的穩(wěn)態(tài)方程為

U=Ea+RaIa任務(wù)4直流電機的運行原理認識相關(guān)知識2．直流電機轉(zhuǎn)矩平衡電機每一瞬間轉(zhuǎn)矩均是平衡的，發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩平衡為T1=Te+T0；電動機的穩(wěn)態(tài)平衡方程為Te=TL+T0。

3．直流電機的功率平衡（1）直流發(fā)電機直流發(fā)電機的功率平衡方程為

P1=P2+PCua+PFe+Pmech+PCuf+Pad

直流發(fā)電機的效率為（2）直流電動機直流電動機的功率平衡方程依然為

P1=P2+PCua+PFe+Pmech+PCuf+Pad

直流電動機的效率為與發(fā)電機相比較，雖然表達式一樣，但是P1、P2的含義是不一樣的任務(wù)4直流電機的運行原理認識任務(wù)實施

例：有一臺他勵直流電動機，其主要參數(shù)如下：

UN=220V，IN=10A，其電樞線圈內(nèi)阻Ra=0.5Ω，問：

①在該電動機電樞線圈上加220V直流電壓直接起動瞬間，電樞中的電流是多少？

②該電動機額定運行時，電樞中的感應(yīng)電動勢Ea為多大？

③如果該電動機的機械效率為0.9，試問額定運行時輸出的機械功率是多少？

解：1）在電動機起動瞬間，由于電動機沒有旋轉(zhuǎn)，所以其感應(yīng)電動勢Ea=0，根據(jù)電勢平衡方程U=Ea+RaIa可知，此時U=RaIa。所以起動瞬間電樞電流為Ia=U/Ra=（220/0.5）A=440A。

2）根據(jù)電勢平衡方程U=Ea+RaIa。當運行在額定狀態(tài)時Ea=UN-RaIN=（220-0.5×10）V=170V

3）根據(jù)直流電動機的功率平衡方程可知，其輸出機械功率P2=ηP1=ηUNIN=0.9×220×10W=1980W任務(wù)4直流電機的運行原理認識任務(wù)評價序號考核內(nèi)容考核要求成績1電勢平衡掌握電勢平衡方程及其運用（20分）2轉(zhuǎn)矩平衡了解轉(zhuǎn)矩平衡原理（20分）3功率平衡熟悉功率平衡方程及其運用（20分）4實際運用能正確運用上述原理解決實際問題（40分）654321任務(wù)提出任務(wù)目標

任務(wù)實施任務(wù)評價項目2他勵直流電動機的機械特性測定相關(guān)知識任務(wù)分析任務(wù)提出

現(xiàn)有一臺他勵直流電動機，請測量其空載特性、固有特性和人為機械特性。項目2他勵直流電動機的機械特性測定任務(wù)目標

①了解直流電動機的機械特性。②能對他勵直流電動機的固有機械特性和人為機械特性進行測定。項目2他勵直流電動機的機械特性測定項目2他勵直流電動機的機械特性測定相關(guān)知識1．他勵電動機的機械特性

機械特性方程為假定電源U、磁通Φ、轉(zhuǎn)子回路電阻Ra都為常數(shù)，則上述方程可寫為同一臺電動機電勢系數(shù)Ce和電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)Cm之間存在下列關(guān)系：Cm=9.55Ce

2．他勵直流電動機的固有機械特性圖3-10他勵直流電動機的固有機械特性項目2他勵直流電動機的機械特性測定相關(guān)知識3．他勵電動機的人為機械特性在電機的固有機械特性方程中，如果改變其電壓U、磁通Φ、以及轉(zhuǎn)子回路的電阻中任意一個參數(shù)，此時得到的機械特性就叫直流電動機的人為機械特性。（1）當電壓UN、磁通φN不變，在轉(zhuǎn)子回路串電阻Rpa時，人為機械特性變?yōu)閳D3-11轉(zhuǎn)子串電阻時人為機械特性項目2他勵直流電動機的機械特性測定相關(guān)知識

（2）在ΦN和Ra不變時，改變轉(zhuǎn)子電壓U時，人為特性方程變?yōu)椋?）當UN和Ra不變，改變磁通φ時，人為特性方程為

值得注意的是，一般電動機在額定磁通時其磁路已接近飽和，因此要改變磁通，實際上只能削弱磁通。圖3-12改變電壓時人為機械特性圖3-13改變磁通時人為機械特性項目2他勵直流電動機的機械特性測定任務(wù)分析

要測量轉(zhuǎn)速的改變，很明顯需要負載，而且需要一個能人為隨時改變的負載，因此，一般在測量時，采用直流發(fā)電機來做電動機的負載，而發(fā)電機的負載采用一個可調(diào)電阻，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的大小，就可以調(diào)整發(fā)電機輸入端的轉(zhuǎn)矩大小，實際上就是調(diào)節(jié)電動機的機械負載的大小。直流發(fā)電機和直流電動機之間用聯(lián)軸器直接進行聯(lián)接。在測量直流電動機固有特性時，首先要測定其空載特性，即電動機沒有負載時的特性，如果將UN、ΦN都取額定值，此時測得的轉(zhuǎn)速就是n0；如果UN不變，改變勵磁電流以改變Φ，多次測量數(shù)據(jù)后，便可計算出參數(shù)Ce。當給電動機加負載后，若負載一定、UN不變時，通過改變電動機勵磁電流來改變磁通，多次測量后，便可求得改變磁通時人為機械曲線；當調(diào)節(jié)發(fā)電機負載電阻以改變電動機負載后，多次測量便可得到改變負載時電動機的人為特性曲線。項目2他勵直流電動機的機械特性測定任務(wù)實施

1．實驗設(shè)備序號型號名稱數(shù)量1DD03導(dǎo)軌、測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表1臺2DJ23校正直流測功機1臺3DJ13直流復(fù)勵發(fā)電機1臺4D31直流電壓、毫安、安培表2件5D44可調(diào)電阻器、電容器1件6D51波形測試及開關(guān)板1件7D42可調(diào)電阻器1件2．屏上掛件排列順序D31、D44、D31、D42、D51。項目2他勵直流電動機的機械特性測定任務(wù)實施3．電機的連接與接線圖3-14電機電樞回路接線圖圖3-15電機勵磁回路接線圖

圖中直流發(fā)電機G選用DJ13，其額定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。電動機MG作為G的原動機（按他勵電動機接線）。MG、G由聯(lián)軸器直接連接。開關(guān)S選用D51組件。Rf1選用D44的1800Ω變阻器，Rf2選用D42的900Ω變阻器，并采用分壓器接法。R1選用D44的180Ω變阻器。R2為發(fā)電機的負載電阻選用D42，采用串并聯(lián)接法（900Ω與900Ω電阻串聯(lián)加上900Ω與900Ω并聯(lián)），阻值為2250Ω。當負載電流大于0.4A時用并聯(lián)部分，而將串聯(lián)部分阻值調(diào)到最小并用導(dǎo)線短接。直流電流表、電壓表選用D31、并選擇合適的量程。項目2他勵直流電動機的機械特性測定任務(wù)實施4．實施步驟（1）測空載特性（2）測固有特性（3）電樞回路串電阻人為機械特性測定（4）降低電樞電源電壓人為機械特性測定項目2他勵直流電動機的機械特性測定任務(wù)評價序號考核內(nèi)容考核要求成績1安全操作符合安全生產(chǎn)要求，團隊合作融洽（20分）2正確接線根據(jù)原理圖能正確接線（20分）3檢查與測量能調(diào)試好線路，并進行正確測量（20分）4記錄與計算記錄好相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)進行計算并繪制特性圖（20分）5總結(jié)報告善于總結(jié)，完成實訓(xùn)報告（20分）直流電動機的起動控制1

直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制2直流電動機的調(diào)速控制3項目3直流電動機的控制

直流電動機的制動控制4654321任務(wù)提出任務(wù)目標相關(guān)知識任務(wù)分析任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)1直流電動機的起動控制任務(wù)提出

現(xiàn)有一臺他勵直流電動機，請設(shè)計一個起動控制電路，用電樞回路串電阻起動的辦法把它起動起來，并完成相關(guān)接線，調(diào)試成功。任務(wù)1直流電動機的起動控制

①掌握直流電動機的起動方法及起動原理；②能實現(xiàn)直流電動機的起動控制線路的設(shè)計、安裝及調(diào)試任務(wù)。任務(wù)1直流電動機的起動控制任務(wù)目標任務(wù)1直流電動機的起動控制相關(guān)知識

直流電動機有直接起動、電樞回路串電阻起動和降壓啟動三種方法。

1．直接起動

直接起動就是將電動機直接接入到額定電壓的電源上起動。直接起動的優(yōu)點是不需增加其他起動設(shè)備，操作簡便；缺點是起動電流太大，一般為額定電流的10～20倍，所以，這種起動方式只適用于小型電動機，如家用電器中的直流電動機，一般直流電動機均不采用這種方式起動。

2．電樞回路串電阻起動

電樞回路串電阻起動就是在起動時將一組起動電阻R串入電樞回路，以限制起動電流，隨著轉(zhuǎn)速的上升逐步切除所串電阻，當轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速后，把起動電阻從電樞回路中全部切除。該方法的優(yōu)點是起動電流小；缺點是變阻器比較笨重，起動過程中要消耗大量能量，而這些消耗在電阻上的能量將引起電阻發(fā)熱。

3．降壓起動

降壓起動就是在起動時通過暫時降低電動機供電電壓的辦法來限制起動電流。當然降壓起動要有一套可變電壓的直流電源，因此這種方法主要適用于大功率電動機或用交流整流后供電的直流電動機。任務(wù)1直流電動機的起動控制任務(wù)分析

1、控制要求：①起動電阻分為多級，我們以二級為例；②起動瞬間所有起動電阻全部串入線路；③起動一段時間后，切除部分電阻；④起動結(jié)束后，再切除剩余電阻。

2、根據(jù)控制要求，設(shè)計出直流電動機電樞回路串電阻起動的主電路及控制電路如下圖圖3-19直流電動機電樞回路串電阻起動控制線路圖3、我們在選擇R1、R2的大小時應(yīng)注意，最大起動電流為4、按下SB2后，KM1線圈受電，其主觸點閉合接通電動機電樞回路電源，使KT2線圈受電，KT2常閉觸點斷開。KM1常開輔助節(jié)點閉合使KM1線圈自保持。其常閉輔助節(jié)點斷開使KT1斷電，KT1的常閉延時閉合觸點開始延時，延時一段時間后閉合，使KM2線圈受電，KM2主觸點閉合切除R1，并使KT2斷電，KT2的常閉延時閉合觸點開始延時，延時一段時間后閉合，使KM3線圈受電，其主觸點閉合切除R2。至此，起動結(jié)束，電動機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。任務(wù)1直流電動機的起動控制任務(wù)實施

1．選擇所需要的設(shè)備及材料，具體清單如下：序號名稱序號名稱1直流電動機7穩(wěn)壓二極管VD2刀開關(guān)Q1、Q28啟動按鈕SB23過電流繼電器KI19停止按鈕SB14欠電流繼電器KI210接觸器KM15變阻器R1、R2、R311接觸器KM26時間繼電器KT1、KT2（斷電延時）12接觸器KM3

2．繪制電樞回路串電阻起動控制線路安裝接線圖

根據(jù)原理圖，對刀開關(guān)Q1、Q2、接觸器KM1、KM2、KM3、按鈕SB1、SB2、電流繼電器KI1、KI2、電阻R1、R2、時間繼電器KT1、KT2等以方便接線的原則進行排列。按照實際設(shè)備排列位置繪出接線圖。任務(wù)1直流電動機的起動控制任務(wù)實施

3．控制線路的接線與檢查

檢查各元器件是否動作可靠。檢查按鈕、接觸器、時間繼電器的觸點系統(tǒng)及復(fù)位情況。設(shè)置時間繼電器的延時時間（電機型號不同，時間是不同的，具體聽指導(dǎo)教師安排），按照所繪制的安裝接線圖，完成線路的接線。特別注意區(qū)分時間繼電器的瞬動觸點和延時觸點。

接完線后，首先仔細檢查線路的接線情況，確保各端子接線牢固。其次進行線路測試，可用用萬用表對線路進行必要的測量。測量線路正常后接好電動機的電源線準備起動電動機。

4．起動電動機

合上刀開關(guān)Q1、Q2，按下起動按鈕SB2，觀察時間繼電器和接觸器的動作情況，同時觀察電動機的運行情況。若出現(xiàn)異常，盡快斷開Q1、Q2，重新檢查線路。若起動正常。按下SB1停止電動機。任務(wù)1直流電動機的起動控制任務(wù)評價序號考核內(nèi)容考核要求成績1安全操作符合安全生產(chǎn)要求，團隊合作融洽（20分）2選擇元器件根據(jù)線路能正確合理的選用電氣元器件（20分）3繪制接線圖根據(jù)原理圖和設(shè)備位置，正確繪制接線圖（20分）4接線與檢查根據(jù)控制接線圖，完成接線，并檢查無誤（20分）5調(diào)試線路的故障現(xiàn)象能夠分析判斷故障點、并排除故障（20分）654321任務(wù)提出任務(wù)目標相關(guān)知識任務(wù)分析任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制任務(wù)提出任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制

請設(shè)計一個控制電路圖，要求能隨時根據(jù)情況控制直流電動機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，并要保證可靠動作，完成相關(guān)接線并安裝調(diào)試成功。

①掌握直流電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)原理。②能實現(xiàn)對直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制線路的設(shè)計、安裝及調(diào)試任務(wù)。任務(wù)目標任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制相關(guān)知識任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制

直流電動機在正常運轉(zhuǎn)時，n和Te是同方向的，要讓直流電動機反轉(zhuǎn)，就要改變Te的方向。根據(jù)公式Te=CmΦIa和左手定則可知，改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向的方法有兩種，一種是改變磁通φ的方向，另一種是改變電樞電流Ia的方向。換句話說，要改變直流電動機的方向，要么改變勵磁電源的方向，要么改變電樞電源的方向，如果兩者同時改變，電動機運轉(zhuǎn)方向不變。通過改變勵磁極性，雖說可以改變電機的運轉(zhuǎn)方向，但工程中是不采用這種方法的，因為電樞在加電壓之前必須先建立穩(wěn)定、可靠的磁場，磁場繞組的電感很大，當突然改變其極性時，會在勵磁線圈中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢，容易把勵磁繞組絕緣擊穿，所以，一般他勵和并勵電動機都是采用改變電樞電壓的極性來實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)。另外，當突然改變電樞電壓極性時，由于改變瞬間電動機電樞的感應(yīng)電動勢與原來的電源極性相反，也就是與改變后的電源極性相同，此時電樞線圈將承受接近2倍的額定電壓，電樞電流會很大，所以此時電樞回路必須串聯(lián)一個較大的電阻來降低電流。而當反轉(zhuǎn)后該電阻又必須切除。任務(wù)分析1．小功率直流電動機的正反轉(zhuǎn)一般可不采用控制電路，而直接用開關(guān)進行。任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制

2．一般直流電動機的正反轉(zhuǎn)

根據(jù)前面相關(guān)知識的學(xué)習(xí)可知，一般直流電動機的正反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)是通過改變電樞極性來完成的。在改變極性的同時要求串入一個較大的電阻，反轉(zhuǎn)起動后切除電阻，這與直流電動機的起動方法是一致的，仍然以串入二級電阻為例。另外，直流電動機由于反轉(zhuǎn)起動電流過大，所以一般要求先斷開電動機再按反轉(zhuǎn)按鈕。因此，一般直流電動機的正反轉(zhuǎn)主電路及控制電路如圖3-20所示。圖中KI1是過電流繼電器、KI2是欠電流繼電器。其操作程序如下：①合上Q1、Q2；②按SB2電動機正向起動并運行；③按SB1停止電動機；④按SB3電動機反向起動并運行。如果需要再正轉(zhuǎn)，同樣先按SB1，再按SB2。如果當電動機正在正轉(zhuǎn)而想讓電動機反轉(zhuǎn)，沒先按SB1停機，直接按SB3，是無效的，也不會發(fā)生事故，因為KM1常閉觸點起聯(lián)鎖作用。任務(wù)分析任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制圖3-20直流電動機正反轉(zhuǎn)控制電路任務(wù)實施任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制①選擇所需要的設(shè)備及材料序號名稱序號名稱1直流電動機8電流繼電器KI1、KI22刀開關(guān)Q1、Q29電阻R1、R23熔斷器FU110穩(wěn)壓二極管VD4熔斷器FU211時間繼電器KT1、KT2（斷電延時）5停止按鈕SB16正轉(zhuǎn)按鈕SB212接觸器KM1、KM2、KM3、KM47反轉(zhuǎn)按鈕SB3

②一般直流電動機的正反轉(zhuǎn)的接線原理如圖3-20所示。注意按照指導(dǎo)教師要求調(diào)整好時間繼電器的延時整定時間。

③按要求接線并檢查無誤后，合上刀開關(guān)Q1、Q2，按下起動按鈕SB2，電動機正轉(zhuǎn)起動，然后穩(wěn)定運行，按下SB1，電動機停止運行，再按下SB3，電動機反向起動并運行。操作過程中，注意觀察各接觸器的動作情況和電動機反轉(zhuǎn)起動情況。任務(wù)評價任務(wù)2直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制序號考核內(nèi)容考核要求成績1安全操作符合安全生產(chǎn)要求，團隊合作融洽（20分）2選擇元器件根據(jù)線路能正確合理的選用電氣元器件（20分）3繪制接線圖根據(jù)原理圖和設(shè)備位置，正確繪制接線圖（20分）4接線與檢查根據(jù)控制接線圖，完成接線，并檢查無誤（20分）5調(diào)試線路的故障現(xiàn)象能夠分析判斷故障點、并排除故障（20分）654321任務(wù)提出任務(wù)目標相關(guān)知識任務(wù)分析任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制任務(wù)提出任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制

請設(shè)計一個直流電動機調(diào)速控制電路，完成相關(guān)接線，并調(diào)試安裝完成。具體控制要求如下：

①直流電機采用電樞回路串電阻起動；

②起動后可對該直流電動機進行速度調(diào)節(jié)，并采用三級速度調(diào)速。任務(wù)目標任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制①了解直流電動機調(diào)速的各種方法的優(yōu)缺點；②掌握直流電動機調(diào)速的主要方法原理。③能實現(xiàn)對直流電動機的調(diào)速控制線路的設(shè)計、安裝及調(diào)試任務(wù)。相關(guān)知識任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制

要改變直流電動機的轉(zhuǎn)速，主要有三種方法：改變電樞端電壓、改變電樞（轉(zhuǎn)子）回路電阻和改變勵磁磁通。一、調(diào)速主要指標1．調(diào)速范圍2．靜差率3．調(diào)速的平滑性4．調(diào)速的經(jīng)濟性

二、調(diào)速方法及其特點

1．改變電樞端電壓調(diào)速

這種調(diào)速只能在額定電壓以下進行調(diào)節(jié)，又稱降壓調(diào)速。該方法優(yōu)點是：平滑性好，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速效率高，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍廣，調(diào)速過程中損耗能量少。缺點是所需要的可調(diào)壓電源設(shè)備投資較高。這種方法在電力拖動系統(tǒng)中廣泛運用。相關(guān)知識任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制

2．電樞回路串電阻調(diào)速該方法轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，而且調(diào)節(jié)效率較低，調(diào)速范圍小，其優(yōu)點是設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)方便。適合于短時速度調(diào)節(jié)，在起重和運輸牽引裝置中得到廣泛運用。

3．改變磁通調(diào)速

只能采取削弱磁場升速的方法進行調(diào)速，也就是說只能在額定轉(zhuǎn)速以上進行調(diào)速，而轉(zhuǎn)速升高要受到換向和機械強度等方面的限制，因此，這種方法僅作為一種調(diào)速的輔助手段，實際中可和降壓調(diào)速配合使用。

三、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)

萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔式、控制多回路的主令電器。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)主要用于各種控制線路的轉(zhuǎn)換、電壓表、電流表的換相測量控制、配電裝置線路的轉(zhuǎn)換和遙控等。相關(guān)知識任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制（a）外型圖

（b）單層結(jié)構(gòu)原理圖圖3-21萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)的外型和結(jié)構(gòu)原理示意圖1—觸點2—觸點彈簧3—凸輪4—轉(zhuǎn)軸

（a）圖形符號

（b）觸點通斷表圖3-22萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)圖形符號及觸點狀態(tài)

任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制任務(wù)分析圖3-23電樞回路串電阻調(diào)速控制線路任務(wù)分析任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制

首先要實現(xiàn)電樞回路串電阻起動，我們在前面已經(jīng)實施過，具體實施電路接線圖見前面的圖3-19。因此我們要在圖3-19的基礎(chǔ)上增加串電阻調(diào)速的相關(guān)設(shè)備及其控制回路。首先在主回路里要串入電阻R4、R5。并用接觸器KM4、KM5來控制是否將這些電阻投入，如圖3-23左邊部分所示。其次，如何用KM4和KM5來控制R4和R5的投入與切除呢？電機起動前，最好讓KM4、KM5線圈不帶電，但是當按下SB2起動電動機時，就應(yīng)該讓R4、R5被切除。要實現(xiàn)這樣的功能，我們在KM4、KM5的線圈回路串入了KM1的常開接點，如圖3-23的右邊部分所示。對于調(diào)速，我們采用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA來控制KM4和KM5線圈的受電來達到投入和切除電阻的目的。從控制電路不難看出，當電動機要起動前，需要把SA旋轉(zhuǎn)到0擋位。這樣在起動時KM4、KM5線圈受電，其主觸點是閉合的，R4、R5被切除出主電路。當起動后，需要調(diào)速時，我們把SA旋轉(zhuǎn)到Ⅰ擋，此時KM5線圈掉電，其主觸點斷開使R5串入電動機電樞回路，電動機速度下降。我們再旋轉(zhuǎn)SA到Ⅱ擋位置，此時KM4、KM5線圈均不帶電，因此，R4、R5都被串入電樞回路，電動機速度再次下降。這樣就實現(xiàn)了0、Ⅰ、Ⅱ三個檔位的調(diào)速。如果我們需要更多的速度調(diào)節(jié)擋位時，可采用同樣的辦法來實現(xiàn)。任務(wù)實施

1．選擇所需要的設(shè)備及材料任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制序號名稱序號名稱1直流電動機8電流繼電器KI1、KI22刀開關(guān)Q19電阻R1、R2、R3、R4、R53刀開關(guān)Q210穩(wěn)壓二極管VD4熔斷器FU111時間繼電器KT1、KT25熔斷器FU212萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA6停止按鈕SB113接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM57起動按鈕SB2任務(wù)實施

2．繪制電樞回路串電阻起動控制線路安裝接線圖

根據(jù)原理圖，對刀開關(guān)Q1、Q2、熔斷器FU1、FU2、、接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5按鈕SB1、SB2、SB3、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)SA以及電阻R1、R2、R3、R4、R5等以方便接線的原則進行排列。按照實際設(shè)備排列位置繪出接線圖。為確保安全，我們在控制電路和主電路均串入了熔斷器。

3．控制線路的接線與檢查

檢查各元器件是否動作可靠。檢查按鈕、接觸器觸點系統(tǒng)及復(fù)位情況。檢查時間繼電器的整定時間，按照所繪制的安裝接線圖，完成線路的接線。接完線后，首先仔細檢查線路的接線情況，確保各端子接線牢固，再檢查SA是否在0擋位。

4．起動電動機

合上刀開關(guān)Q1、Q2，確認SA在0擋位，按下起動按鈕SB2，電動機起動并運行，待電動機正常起動后，旋轉(zhuǎn)SA至Ⅰ擋位置，觀察電動機速度變化情況，再次旋轉(zhuǎn)SA至Ⅱ擋位置，觀察電動機速度的變化情況，然后再將SA變?yōu)棰駬?，最后恢?fù)到0擋。按下SB1電動機停止運行。任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制任務(wù)評價任務(wù)3直流電動機的調(diào)速控制序號考核內(nèi)容考核要求成績1安全操作符合安全生產(chǎn)要求，團隊合作融洽（20分）2選擇元器件根據(jù)線路能正確合理的選用電氣元器件（20分）3繪制接線圖根據(jù)原理圖和設(shè)備位置，正確繪制接線圖（20分）4接線與檢查根據(jù)控制接線圖，完成接線，并檢查無誤（20分）5調(diào)試線路的故障現(xiàn)象能夠分析判斷故障點、并排除故障（20分）654321任務(wù)提出任務(wù)目標相關(guān)知識任務(wù)分析任務(wù)實施任務(wù)評價任務(wù)4直流電動機的制動控制任務(wù)提出

請設(shè)計一個電動機控制電路，要求起動時自動進行串電阻起動，制動時自動進行能耗制動，完成相關(guān)接線并調(diào)試運行成功。任務(wù)4直流電動機的制動控制任務(wù)目標

①了解直流電動機的制動方法及其原理。

②能實現(xiàn)直流電動機制動控制線路的設(shè)計、安裝及調(diào)試任務(wù)。任務(wù)4直流電動機的制動控制相關(guān)知識

直流電動機的電氣制動方法有三種，能耗制動、反接制動和回饋制動。任務(wù)4直流電動機的制動控制

1．能耗制動

制動前接觸器KM的常開主觸點閉合，常閉觸點斷開，電動機有勵磁將處于正向電動穩(wěn)定運行狀態(tài)，制動時斷開常開KM主觸點使電樞電源斷開，常閉觸點KM閉合，用電阻將電樞回路閉合，此時電動機進入發(fā)電機狀態(tài)，所發(fā)的電能消耗在電阻上，故稱能耗制動。圖3-24能耗制動原理圖

能耗制動時電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速、電流方向等的方向變化情況如圖3-25。（a）制動前

（b）制動后圖3-25能耗制動前后轉(zhuǎn)矩、電流變化圖相關(guān)知識任務(wù)4直流電動機的制動控制能耗制動時U=0，所以其理想空載轉(zhuǎn)速n0=0，其機械特性方程為圖3-26能耗制動機械特性相關(guān)知識

2．反接制動

反接制動主電路如圖3-27，制動前，接觸器主觸點KM1閉合，另一個接觸器主觸點KM2斷開，此時電動機處于正向電動運行狀態(tài)。此時斷開KM1，閉合KM2使電樞電壓反向并串入電阻RF，則進入制動。任務(wù)4直流電動機的制動控制圖3-27反接制動原理圖

反接制動初始瞬間，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，仍保持原來的方向和大小，電樞感應(yīng)電動勢也保持原來的大小和方向。反接制動后電樞電流變?yōu)榉唇又苿又苿拥臋C械特性方程為相關(guān)知識

3．回饋制動

電動機在運行狀態(tài)下，由于某種條件的變化（如帶位能性負載下降、降壓調(diào)速等），使電樞轉(zhuǎn)速n超過理想空載轉(zhuǎn)速n0，