东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称： 电机实验
第 三 次实验
实验名称： 直流电机启动及反转 院 （系）： 自动化学院 专业： 自动化 姓 名： 学号： 实 验 室: 罗克·韦尔自动化实验室 实验时间： 2014年4月20日
评定成绩： 审阅教师：
实验三 直流电机启动及反转
一、实验知识点
1.直流电动机
直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。
（1）基本构造
分为两部分：定子与转子。
定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。
转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。
转子组成:直流电动机转子部分由电枢铁芯、电枢、换向器等装置组成. ①电枢铁芯部分：其作用是嵌放电枢绕组和颠末磁通，为了下降电机工作时电枢铁芯中发作的涡流损耗和磁滞损耗。
②电枢部分：作用是发作电磁转矩和感应电动势，而进行能量变换。电枢绕组有许多线圈或玻璃丝包扁钢铜线或强度漆包线。
③换向器又称整流子，在直流电想法中，它的作用是将电刷上的直流电源电流变换成电枢绕组内的沟通电流，是电磁转矩的倾向稳定不变，在直流发电机中，它将电枢绕组沟通电动势变换为电刷端上输出地直流电动势。
(2)分类（按励磁方式分类)
①他励直流电动机
励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电动机称为他励直流电动机，永磁直流电动机也可看作他励或自激直流电动机，一般直接称作励磁方式为永磁。
②并励直流电动机
并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。
③串励直流电动机
串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源。这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。
④复励直流电动机
复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
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（3）工作原理
直流电动机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。
导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。
（4）特点
①调速性能好。
所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。
②起动力矩大。
可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。
③易于控制。
（5) 应用
①轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。 ②用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。 If Ia If M M U M U U Uf 并励 他励 串励 图1：四种励磁方式的电动机
U M 复励
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2.他励直流电动机的起动
电动机转子从静止状态开始转动，转速逐渐上升，最后达到稳定运行状态的过程称为启动。
电动机在启动过程中，电枢电流 I a 、电磁转矩 T em 、转速n都随时间变化，是一个过渡过程。开始启动的一瞬间，转速等于零，这时的电枢电流称为启动电流，用 I st 表示，对应的电磁转矩称为启动转矩，用T st 表示。
一般对直流电动机的启动有如下要求。 ①启动转矩足够大(
T?TstL电动机才能顺利启动）。
②启动电流 I st要限制在一定的范围内。
③启动设备操作方便，启动时间短，运行可靠，成本低廉。
(1)直接启动
直接启动就是在他励直流电动机的电枢上直接加以额定电压的启动方式，如图1所示。启动时，先合Q1建立磁场，然后合Q2全压启动。
启动开始瞬间，由于机械惯性，电动机转速n=0电枢绕组感应电动势势 E a ? C e? n ? 0 。 由电动势平衡方程式 U ? E a ? I a R a ，可知：
起动电流
I?U/R
stNa 起动转矩 Tst
?CT?Ist显然直接启动时启动电流将达到很大的数值，将出现强烈的换向火花，造成换向困难，还可能引起过流保护装置的误动作或引起电网电压的下降，影响其他用户的正常用电；启动转矩也很大，造成机械冲击，易使设备受损。因此，除个别容量很小的电动机外，一般直流电动机是不容许直接启动的。
对于一般的他励直流电动机，为了限制启动电流，可以采用电枢回路串联电阻或降低电枢电压启动的启动方法。
图1 他励直流电动机的全压启动
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图2 他励直流电动机串电阻启动的机械特性
（2）电枢回路串电阻启动
电枢回路串电阻启动即启动时在电枢回路串入电阻，以减小启动电流 ,电动机启动st后，再逐渐切除电阻，以保证足够的启动转矩。
图2为三级电阻启动控制接线和启动工作特性示意图。电动机启动前，应使励磁回路附加电阻为零，以使磁通达到最大值，能产生较大的启动转矩。
UNI?启动开始瞬间，电枢电路中接入全部启动电阻，启动电流 stRa?R1?R2?R3
达到最大值，随着电动机转速的不断增加，电枢电流和电磁转矩将逐渐减小，电动机沿着曲线1的箭头所指的方向变化。 当转速升高至
（图中b点）时，接触器KM1触头闭合，将电阻R1短Ist2n，电流降至
1I接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特性曲线2上的c点（c点的位置可
由所串电阻的大小控制），电动机又沿曲线2的箭头继续加速。
当转速升高至n2，电流又降至 Ist2（图中d点）时，接触器KM2 触头闭合，将电阻R2短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特性曲线3上的e点，电动机又沿曲线3的箭头继续加速。
当转速升高至
Ist2（图中f点）时，接触器KM3 触头闭合，将电阻
n，电流又降至
3R3短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到固有特性曲线4上的g点，电动机又沿曲线4的箭头继续加速，最后稳定运行在固有特性曲线上的h点，启动过程结束。
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