模块三 直流电机

模块三

直流电机模块三

直流电机项目1

直流电机的基础知识学习项目2

他励直流电动机的机械特性测定项目3

直流电动机的控制直流电机的工作原理认识1直流电机的结构、励磁方式认识

2从铭牌数据了解直流电机性能3项目1

直流电机的基础知识学习

直流电机的运行原理认识4654321任务提出任务目标任务实施任务评价任务1直流电机的工作原理认识任务分析

相关知识任务提出

在日常生活中和工业控制中，我们经常用到直流电机，要准确使用和控制直流电机的运行，我们有必要认识一下直流电机的工作原理。任务1直流电机的工作原理认识任务目标①了解直流发电机和直流电动机的工作原理。②能知道直流电机主要由定子磁场和切割磁力线的转子线圈构成。③认识直流电机，并熟悉其可逆原理。任务1直流电机的工作原理认识任务分析

由于直流电机分为直流发电机和直流电动机，所以要了解直流电机的工作原理，需要分别了解直流发电机和直流电动机的工作原理，以及发电机与电动机之间的关系，下面我们来了解一下直流电机的相关知识。任务1直流电机的工作原理认识任务1直流电机的工作原理认识

（a）起始位置

b）旋转180°后位置图3-1直流发电机工作原理相关知识1．直流发电机的工作原理单根导体的电动势

e=BLVB：电磁感应强度（T），与每极磁通Φ成正比；L：ab或cd的长度（m）；V：转子旋转的线速度（m/s）发电机输出总电动势

Ea=CeΦnCe：转子电动系数，与发电机结构有关；Φ：每极磁通；n：为发电机的转速。任务1直流电机的工作原理认识相关知识2．直流电动机的工作原理单根导体受力F=BIL电动机电磁力矩Te=CmΦIa

Cm：电磁转矩系数，与电动机结构有关；Φ：每极磁通（Wb）；Ia：转子电流（A）；Te：电磁转矩（N/m）。

（a）起始位置（b）旋转180°后位置

图3-2直流电动机工作原理

任务1直流电机的工作原理认识相关知识

3．直流电机的可逆性

一台直流电机既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这种原理在电机理论中称为可逆原理。任务1直流电机的工作原理认识

任务实施电机原理认识实训设备材料表序号名称序号名称1三相鼠笼式异步电动机（△/380V）7滑动变阻器2刀开关8连接线若干3熔断器9直流电源4直流电机10交流电源5直流电流表6直流电压表任务1直流电机的工作原理认识

任务实施实施步骤①连接直流电机励磁供电回路，在老师的指导下把滑动变阻器调到最大。②连接电枢线圈回路。③合上励磁回路电源，调整滑动变阻器使励磁电流为0.2A。④调节电枢线圈电源电压，使其低于电机额定电压一半以上，合上电枢线圈电源，观察电动机旋转情况，调节电压，使电压提高，观察电动机旋转情况。⑤突然关闭电枢电源，马上用电压表测量电枢线圈电压，并观察电机的旋转情况。⑥在教师指导下用三相异步电动机带动直流电机旋转，测量直流电机电枢的电压。任务1直流电机的工作原理认识任务评价序号考核内容考核要求成绩1安全操作符合安全生产要求，听从老师指挥，团队合作融洽（20分）2连接线路按要求正确连接电枢回路和励磁回路（30分）3观察和测量正确电压表、电流表，调节变阻器和调节电枢电压（30分）4实验报告实验结束，做好收尾工作，写出书面实验报告（20分）654321任务提出任务目标任务实施任务评价任务2直流电机的结构、励磁方式认识任务分析

相关知识任务2直流电机的结构、励磁方式认识任务提出

了解了直流电机的原理后，如何构成真正的电机呢？线圈如何组成绕组？如何固定？真正的换相器是怎么样的？定子磁场是怎么产生的？让我们拆装一台直流电机来认识直流电机的结构，并了解它的励磁方式。任务目标①了解直流电机组成结构及直流电机几种主要励磁方式。②掌握直流电机各组成部分的主要功能。③能对直流电机的端子进行接线，能对定子和转子进行测试。任务2直流电机的结构、励磁方式认识任务2直流电机的结构、励磁方式认识任务分析

要完成直流电机的拆装，就必须熟悉直流电机的结构以及各组成部分的作用，以免在拆装时损坏电机，另外要让直流电机真正运行，就需要学生能够完成电机接线，要完成接线，就必须了解直流电机的励磁方式。任务2直流电机的结构、励磁方式认识相关知识

一、直流电机的结构

直流电机主要分为定子和转子两大部分。定转子之间存在的间隙称为气隙。

1．定子

定子是电机的静止部分，主要用来产生磁场。它主要包括：（1）主磁极（2）换向极（3）电刷装置（4）机座和端盖

2．转子

转子是电机的转动部分，转子的主要作用是感应电动势，产生电磁转矩，使机械能变为电能（发电机）或电能变为机械能（电动机）的枢纽。它主要包括：（1）电枢（电枢铁心、电枢绕组）（2）换向器（3）转轴3．气隙

静止的磁极和旋转的电枢之间的间隙称为气隙。任务2直流电机的结构、励磁方式认识相关知识

图3-3直流电机镜向剖面图

图3-4主磁极1—极靴2—电枢齿3—电枢槽4—主磁极

1—主磁极铁心2—励磁绕组3—机座5—励磁绕组6—磁轭7—换向磁极8—换向极绕组9—电枢绕组10—电枢铁心11—机座任务2直流电机的结构、励磁方式认识相关知识

图3-5换向极

图3-6电刷装置

图3-7换向器 1—换向极铁心2—换向极绕组1—刷握2—电刷3—压紧弹簧4—刷辫1—换向片2—连接片 任务2直流电机的结构、励磁方式认识相关知识

二、直流电机的励磁方式

（a）他励

（b）并励

（c）串励

（d）复励图3-8直流电机的励磁方式任务2直流电机的结构、励磁方式认识任务实施

直流电动机拆装

本任务主要了解直流电机的结构和励磁方式，所以对直流电机进行拆装，观察其结构，并了解其各部分的功能，重点观察电枢绕组是怎么样的？为什么这样绕组？电机的外部接线端子的含义，以及如何接线。

主要设备及工具清单如下：序号名称序号名称1直流电机（220V）4扳手2螺丝刀（十字和平头各一把）5万用表3钳子任务2直流电机的结构、励磁方式认识任务实施任务实施步骤：①用螺丝刀和扳手卸开电动机外壳，观察其定子和转子的结构。②观察电枢绕组是怎么样进行的？怎么样连接的？并用万用表进行确认。③观察励磁绕组是怎么样连接的？其出线有几个节点。想想如果是并励方式励磁，其励磁出线端与电枢出线端如何连接？④安装电机，将电机恢复原状。⑤认识出线端的标志电枢绕组A1、A2；换向极绕组B1、B2；补偿绕组C1、C2；串励绕组D1、D2；并励绕组E1、E2；他励绕组F1、F2。任务2直流电机的结构、励磁方式认识任务评价序号考核内容考核要求成绩1安全操作符合安全生产要求，团队合作融洽（20分）2认识元件正确指出各部件的名称和作用（30分）3拆卸及检查正确使用螺丝刀、扳手及万用表（30分）4恢复将电机恢复原状，并收拾工具（20分）654321任务提出任务目标任务实施任务评价任务3从铭牌数据了解直流电机性能任务分析

相关知识任务3从铭牌数据了解直流电机性能任务提出

现有一台直流电动机，其铭牌如下表，请说明其主要性能。型号Z3-95产品编号7009结构型式B3励磁方式他励额定功率30kW励磁电压220V额定电压220V工作方式连续额定电流160A绝缘等级定子B转子B额定转速750r/min重量685kg标准编号JB1104-68出厂日期2005年6月任务目标①了解直流电机的型号及其含义；②了解直流电机有哪些性能指标；③能从直流电机的铭牌上看出该电机的主要性能。任务3从铭牌数据了解直流电机性能任务3从铭牌数据了解直流电机性能任务分析

要了解直流电机的性能，首先要了解直流电机的性能参数有哪些？各有什么作用。而有些性能数据可以直接从铭牌中读出，有些则需要通过铭牌数据进行一定的计算才能得出。任务3从铭牌数据了解直流电机性能相关知识1．电机的型号型号可表明每一种产品的性能、用途和结构特点，国产直流电机型号采用汉语拼音大写字母和阿拉伯数字组合来表示。2．电机的额定功率PN无论是发电机还是电动机，其额定功率都是指其输出功率。3．额定电压UN指额定运行状态下，直流发电机的输出电压或直流电动机的输入电压。4．额定电流IN指额定电压和额定负载时允许电机长期输入（电动机）或长期输出（发电机）的电流。5．额定转速nN指电机在额定电压和额定负载时的旋转速度。6．额定效率ηN指直流电机额定输出功率与额定输入功率之比的百分值。7．额定转矩TN

任务3从铭牌数据了解直流电机性能任务实施

根据前面介绍的相关知识，通过任务表的铭牌数据来认识该电机的主要性能。

①电机型号的意义，前面已经叙述过，这里不再重复。

②额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、励磁方式、励磁电压等铭牌中直接列出。

③额定效率：

由于该电机为电动机，根据公式PN=ηNUNIN可得ηN=PN/UNIN。

代入相关数据得ηN=30×103/220×160）×100%=85.2%

④额定转矩：

根据公式

得

TN=（9.55×30/750）N•m=0.382kN•m任务3从铭牌数据了解直流电机性能任务评价序号考核内容考核要求成绩1认识铭牌准确了解各参数的含义（40分）2电量转换能计算额定效率、额定功率、输入功率等（30分）3转矩计算能准确计算出额定转矩（30分）654321任务提出任务目标任务实施任务评价任务4直流电机的运行原理认识任务分析

相关知识任务提出

请分析直流电机在运行过程中，电压与电流的关系；输入输出与功率损耗的关系；电磁转矩如何平衡？并举例说明。任务4直流电机的运行原理认识任务目标①了解直流电机的转矩平衡关系；②掌握直流电机的电动势平衡和功率平衡关系。任务4直流电机的运行原理认识任务4直流电机的运行原理认识任务分析

要想完成上述任务，必须了解直流电机的运行原理，下面我们来学习直流电机运行原理的相关知识。任务4直流电机的运行原理认识相关知识1．直流电机的电动势平衡

a）发电机

b）电动机图3-9电机运行原理图发电机的动态电平衡方程式为稳定运行状态时其方程为

Ea=U+RaIa

他励电动机的动态电平衡方程为他励电动机的稳态方程为

U=Ea+RaIa任务4直流电机的运行原理认识相关知识2．直流电机转矩平衡电机每一瞬间转矩均是平衡的，发电机的稳态转矩平衡为T1=Te+T0；电动机的稳态平衡方程为Te=TL+T0。

3．直流电机的功率平衡（1）直流发电机直流发电机的功率平衡方程为

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

直流发电机的效率为（2）直流电动机直流电动机的功率平衡方程依然为

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

直流电动机的效率为与发电机相比较，虽然表达式一样，但是P1、P2的含义是不一样的任务4直流电机的运行原理认识任务实施

例：有一台他励直流电动机，其主要参数如下：

UN=220V，IN=10A，其电枢线圈内阻Ra=0.5Ω，问：

①在该电动机电枢线圈上加220V直流电压直接起动瞬间，电枢中的电流是多少？

②该电动机额定运行时，电枢中的感应电动势Ea为多大？

③如果该电动机的机械效率为0.9，试问额定运行时输出的机械功率是多少？

解：1）在电动机起动瞬间，由于电动机没有旋转，所以其感应电动势Ea=0，根据电势平衡方程U=Ea+RaIa可知，此时U=RaIa。所以起动瞬间电枢电流为Ia=U/Ra=（220/0.5）A=440A。

2）根据电势平衡方程U=Ea+RaIa。当运行在额定状态时Ea=UN-RaIN=（220-0.5×10）V=170V

3）根据直流电动机的功率平衡方程可知，其输出机械功率P2=ηP1=ηUNIN=0.9×220×10W=1980W任务4直流电机的运行原理认识任务评价序号考核内容考核要求成绩1电势平衡掌握电势平衡方程及其运用（20分）2转矩平衡了解转矩平衡原理（20分）3功率平衡熟悉功率平衡方程及其运用（20分）4实际运用能正确运用上述原理解决实际问题（40分）654321任务提出任务目标

任务实施任务评价项目2他励直流电动机的机械特性测定相关知识任务分析任务提出

现有一台他励直流电动机，请测量其空载特性、固有特性和人为机械特性。项目2他励直流电动机的机械特性测定任务目标

①了解直流电动机的机械特性。②能对他励直流电动机的固有机械特性和人为机械特性进行测定。项目2他励直流电动机的机械特性测定项目2他励直流电动机的机械特性测定相关知识1．他励电动机的机械特性

机械特性方程为假定电源U、磁通Φ、转子回路电阻Ra都为常数，则上述方程可写为同一台电动机电势系数Ce和电磁转矩系数Cm之间存在下列关系：Cm=9.55Ce

2．他励直流电动机的固有机械特性图3-10他励直流电动机的固有机械特性项目2他励直流电动机的机械特性测定相关知识3．他励电动机的人为机械特性在电机的固有机械特性方程中，如果改变其电压U、磁通Φ、以及转子回路的电阻中任意一个参数，此时得到的机械特性就叫直流电动机的人为机械特性。（1）当电压UN、磁通φN不变，在转子回路串电阻Rpa时，人为机械特性变为图3-11转子串电阻时人为机械特性项目2他励直流电动机的机械特性测定相关知识

（2）在ΦN和Ra不变时，改变转子电压U时，人为特性方程变为（3）当UN和Ra不变，改变磁通φ时，人为特性方程为

值得注意的是，一般电动机在额定磁通时其磁路已接近饱和，因此要改变磁通，实际上只能削弱磁通。图3-12改变电压时人为机械特性图3-13改变磁通时人为机械特性项目2他励直流电动机的机械特性测定任务分析

要测量转速的改变，很明显需要负载，而且需要一个能人为随时改变的负载，因此，一般在测量时，采用直流发电机来做电动机的负载，而发电机的负载采用一个可调电阻，通过调节可调电阻的大小，就可以调整发电机输入端的转矩大小，实际上就是调节电动机的机械负载的大小。直流发电机和直流电动机之间用联轴器直接进行联接。在测量直流电动机固有特性时，首先要测定其空载特性，即电动机没有负载时的特性，如果将UN、ΦN都取额定值，此时测得的转速就是n0；如果UN不变，改变励磁电流以改变Φ，多次测量数据后，便可计算出参数Ce。当给电动机加负载后，若负载一定、UN不变时，通过改变电动机励磁电流来改变磁通，多次测量后，便可求得改变磁通时人为机械曲线；当调节发电机负载电阻以改变电动机负载后，多次测量便可得到改变负载时电动机的人为特性曲线。项目2他励直流电动机的机械特性测定任务实施

1．实验设备序号型号名称数量1DD03导轨、测速发电机及转速表1台2DJ23校正直流测功机1台3DJ13直流复励发电机1台4D31直流电压、毫安、安培表2件5D44可调电阻器、电容器1件6D51波形测试及开关板1件7D42可调电阻器1件2．屏上挂件排列顺序D31、D44、D31、D42、D51。项目2他励直流电动机的机械特性测定任务实施3．电机的连接与接线图3-14电机电枢回路接线图图3-15电机励磁回路接线图

图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。电动机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。MG、G由联轴器直接连接。开关S选用D51组件。Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。R1选用D44的180Ω变阻器。R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。当负载电流大于0.4A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。直流电流表、电压表选用D31、并选择合适的量程。项目2他励直流电动机的机械特性测定任务实施4．实施步骤（1）测空载特性（2）测固有特性（3）电枢回路串电阻人为机械特性测定（4）降低电枢电源电压人为机械特性测定项目2他励直流电动机的机械特性测定任务评价序号考核内容考核要求成绩1安全操作符合安全生产要求，团队合作融洽（20分）2正确接线根据原理图能正确接线（20分）3检查与测量能调试好线路，并进行正确测量（20分）4记录与计算记录好相关数据，根据数据进行计算并绘制特性图（20分）5总结报告善于总结，完成实训报告（20分）直流电动机的起动控制1

直流电动机的正反转控制2直流电动机的调速控制3项目3直流电动机的控制

直流电动机的制动控制4654321任务提出任务目标相关知识任务分析任务实施任务评价任务1直流电动机的起动控制任务提出

现有一台他励直流电动机，请设计一个起动控制电路，用电枢回路串电阻起动的办法把它起动起来，并完成相关接线，调试成功。任务1直流电动机的起动控制

①掌握直流电动机的起动方法及起动原理；②能实现直流电动机的起动控制线路的设计、安装及调试任务。任务1直流电动机的起动控制任务目标任务1直流电动机的起动控制相关知识

直流电动机有直接起动、电枢回路串电阻起动和降压启动三种方法。

1．直接起动

直接起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上起动。直接起动的优点是不需增加其他起动设备，操作简便；缺点是起动电流太大，一般为额定电流的10～20倍，所以，这种起动方式只适用于小型电动机，如家用电器中的直流电动机，一般直流电动机均不采用这种方式起动。

2．电枢回路串电阻起动

电枢回路串电阻起动就是在起动时将一组起动电阻R串入电枢回路，以限制起动电流，随着转速的上升逐步切除所串电阻，当转速上升到额定转速后，把起动电阻从电枢回路中全部切除。该方法的优点是起动电流小；缺点是变阻器比较笨重，起动过程中要消耗大量能量，而这些消耗在电阻上的能量将引起电阻发热。

3．降压起动

降压起动就是在起动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制起动电流。当然降压起动要有一套可变电压的直流电源，因此这种方法主要适用于大功率电动机或用交流整流后供电的直流电动机。任务1直流电动机的起动控制任务分析

1、控制要求：①起动电阻分为多级，我们以二级为例；②起动瞬间所有起动电阻全部串入线路；③起动一段时间后，切除部分电阻；④起动结束后，再切除剩余电阻。

2、根据控制要求，设计出直流电动机电枢回路串电阻起动的主电路及控制电路如下图图3-19直流电动机电枢回路串电阻起动控制线路图3、我们在选择R1、R2的大小时应注意，最大起动电流为4、按下SB2后，KM1线圈受电，其主触点闭合接通电动机电枢回路电源，使KT2线圈受电，KT2常闭触点断开。KM1常开辅助节点闭合使KM1线圈自保持。其常闭辅助节点断开使KT1断电，KT1的常闭延时闭合触点开始延时，延时一段时间后闭合，使KM2线圈受电，KM2主触点闭合切除R1，并使KT2断电，KT2的常闭延时闭合触点开始延时，延时一段时间后闭合，使KM3线圈受电，其主触点闭合切除R2。至此，起动结束，电动机进入稳定运行状态。任务1直流电动机的起动控制任务实施

1．选择所需要的设备及材料，具体清单如下：序号名称序号名称1直流电动机7稳压二极管VD2刀开关Q1、Q28启动按钮SB23过电流继电器KI19停止按钮SB14欠电流继电器KI210接触器KM15变阻器R1、R2、R311接触器KM26时间继电器KT1、KT2（断电延时）12接触器KM3

2．绘制电枢回路串电阻起动控制线路安装接线图

根据原理图，对刀开关Q1、Q2、接触器KM1、KM2、KM3、按钮SB1、SB2、电流继电器KI1、KI2、电阻R1、R2、时间继电器KT1、KT2等以方便接线的原则进行排列。按照实际设备排列位置绘出接线图。任务1直流电动机的起动控制任务实施

3．控制线路的接线与检查

检查各元器件是否动作可靠。检查按钮、接触器、时间继电器的触点系统及复位情况。设置时间继电器的延时时间（电机型号不同，时间是不同的，具体听指导教师安排），按照所绘制的安装接线图，完成线路的接线。特别注意区分时间继电器的瞬动触点和延时触点。

接完线后，首先仔细检查线路的接线情况，确保各端子接线牢固。其次进行线路测试，可用用万用表对线路进行必要的测量。测量线路正常后接好电动机的电源线准备起动电动机。

4．起动电动机

合上刀开关Q1、Q2，按下起动按钮SB2，观察时间继电器和接触器的动作情况，同时观察电动机的运行情况。若出现异常，尽快断开Q1、Q2，重新检查线路。若起动正常。按下SB1停止电动机。任务1直流电动机的起动控制任务评价序号考核内容考核要求成绩1安全操作符合安全生产要求，团队合作融洽（20分）2选择元器件根据线路能正确合理的选用电气元器件（20分）3绘制接线图根据原理图和设备位置，正确绘制接线图（20分）4接线与检查根据控制接线图，完成接线，并检查无误（20分）5调试线路的故障现象能够分析判断故障点、并排除故障（20分）654321任务提出任务目标相关知识任务分析任务实施任务评价任务2直流电动机的正反转控制任务提出任务2直流电动机的正反转控制

请设计一个控制电路图，要求能随时根据情况控制直流电动机正转与反转，并要保证可靠动作，完成相关接线并安装调试成功。

①掌握直流电动机的正反转实现原理。②能实现对直流电动机的正反转控制线路的设计、安装及调试任务。任务目标任务2直流电动机的正反转控制相关知识任务2直流电动机的正反转控制

直流电动机在正常运转时，n和Te是同方向的，要让直流电动机反转，就要改变Te的方向。根据公式Te=CmΦIa和左手定则可知，改变电磁转矩的方向的方法有两种，一种是改变磁通φ的方向，另一种是改变电枢电流Ia的方向。换句话说，要改变直流电动机的方向，要么改变励磁电源的方向，要么改变电枢电源的方向，如果两者同时改变，电动机运转方向不变。通过改变励磁极性，虽说可以改变电机的运转方向，但工程中是不采用这种方法的，因为电枢在加电压之前必须先建立稳定、可靠的磁场，磁场绕组的电感很大，当突然改变其极性时，会在励磁线圈中产生很高的感应电动势，容易把励磁绕组绝缘击穿，所以，一般他励和并励电动机都是采用改变电枢电压的极性来实现电机的反转。另外，当突然改变电枢电压极性时，由于改变瞬间电动机电枢的感应电动势与原来的电源极性相反，也就是与改变后的电源极性相同，此时电枢线圈将承受接近2倍的额定电压，电枢电流会很大，所以此时电枢回路必须串联一个较大的电阻来降低电流。而当反转后该电阻又必须切除。任务分析1．小功率直流电动机的正反转一般可不采用控制电路，而直接用开关进行。任务2直流电动机的正反转控制

2．一般直流电动机的正反转

根据前面相关知识的学习可知，一般直流电动机的正反转的实现是通过改变电枢极性来完成的。在改变极性的同时要求串入一个较大的电阻，反转起动后切除电阻，这与直流电动机的起动方法是一致的，仍然以串入二级电阻为例。另外，直流电动机由于反转起动电流过大，所以一般要求先断开电动机再按反转按钮。因此，一般直流电动机的正反转主电路及控制电路如图3-20所示。图中KI1是过电流继电器、KI2是欠电流继电器。其操作程序如下：①合上Q1、Q2；②按SB2电动机正向起动并运行；③按SB1停止电动机；④按SB3电动机反向起动并运行。如果需要再正转，同样先按SB1，再按SB2。如果当电动机正在正转而想让电动机反转，没先按SB1停机，直接按SB3，是无效的，也不会发生事故，因为KM1常闭触点起联锁作用。任务分析任务2直流电动机的正反转控制图3-20直流电动机正反转控制电路任务实施任务2直流电动机的正反转控制①选择所需要的设备及材料序号名称序号名称1直流电动机8电流继电器KI1、KI22刀开关Q1、Q29电阻R1、R23熔断器FU110稳压二极管VD4熔断器FU211时间继电器KT1、KT2（断电延时）5停止按钮SB16正转按钮SB212接触器KM1、KM2、KM3、KM47反转按钮SB3

②一般直流电动机的正反转的接线原理如图3-20所示。注意按照指导教师要求调整好时间继电器的延时整定时间。

③按要求接线并检查无误后，合上刀开关Q1、Q2，按下起动按钮SB2，电动机正转起动，然后稳定运行，按下SB1，电动机停止运行，再按下SB3，电动机反向起动并运行。操作过程中，注意观察各接触器的动作情况和电动机反转起动情况。任务评价任务2直流电动机的正反转控制序号考核内容考核要求成绩1安全操作符合安全生产要求，团队合作融洽（20分）2选择元器件根据线路能正确合理的选用电气元器件（20分）3绘制接线图根据原理图和设备位置，正确绘制接线图（20分）4接线与检查根据控制接线图，完成接线，并检查无误（20分）5调试线路的故障现象能够分析判断故障点、并排除故障（20分）654321任务提出任务目标相关知识任务分析任务实施任务评价任务3直流电动机的调速控制任务提出任务3直流电动机的调速控制

请设计一个直流电动机调速控制电路，完成相关接线，并调试安装完成。具体控制要求如下：

①直流电机采用电枢回路串电阻起动；

②起动后可对该直流电动机进行速度调节，并采用三级速度调速。任务目标任务3直流电动机的调速控制①了解直流电动机调速的各种方法的优缺点；②掌握直流电动机调速的主要方法原理。③能实现对直流电动机的调速控制线路的设计、安装及调试任务。相关知识任务3直流电动机的调速控制

要改变直流电动机的转速，主要有三种方法：改变电枢端电压、改变电枢（转子）回路电阻和改变励磁磁通。一、调速主要指标1．调速范围2．静差率3．调速的平滑性4．调速的经济性

二、调速方法及其特点

1．改变电枢端电压调速

这种调速只能在额定电压以下进行调节，又称降压调速。该方法优点是：平滑性好，可以实现无级调速，调速效率高，转速稳定性好，调速范围广，调速过程中损耗能量少。缺点是所需要的可调压电源设备投资较高。这种方法在电力拖动系统中广泛运用。相关知识任务3直流电动机的调速控制

2．电枢回路串电阻调速该方法转速稳定性差，而且调节效率较低，调速范围小，其优点是设备简单，调节方便。适合于短时速度调节，在起重和运输牵引装置中得到广泛运用。

3．改变磁通调速

只能采取削弱磁场升速的方法进行调速，也就是说只能在额定转速以上进行调速，而转速升高要受到换向和机械强度等方面的限制，因此，这种方法仅作为一种调速的辅助手段，实际中可和降压调速配合使用。

三、万能转换开关

万能转换开关是一种多档式、控制多回路的主令电器。万能转换开关主要用于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控等。相关知识任务3直流电动机的调速控制（a）外型图

（b）单层结构原理图图3-21万能转换开关的外型和结构原理示意图1—触点2—触点弹簧3—凸轮4—转轴

（a）图形符号

（b）触点通断表图3-22万能转换开关图形符号及触点状态

任务3直流电动机的调速控制任务分析图3-23电枢回路串电阻调速控制线路任务分析任务3直流电动机的调速控制

首先要实现电枢回路串电阻起动，我们在前面已经实施过，具体实施电路接线图见前面的图3-19。因此我们要在图3-19的基础上增加串电阻调速的相关设备及其控制回路。首先在主回路里要串入电阻R4、R5。并用接触器KM4、KM5来控制是否将这些电阻投入，如图3-23左边部分所示。其次，如何用KM4和KM5来控制R4和R5的投入与切除呢？电机起动前，最好让KM4、KM5线圈不带电，但是当按下SB2起动电动机时，就应该让R4、R5被切除。要实现这样的功能，我们在KM4、KM5的线圈回路串入了KM1的常开接点，如图3-23的右边部分所示。对于调速，我们采用万能转换开关SA来控制KM4和KM5线圈的受电来达到投入和切除电阻的目的。从控制电路不难看出，当电动机要起动前，需要把SA旋转到0挡位。这样在起动时KM4、KM5线圈受电，其主触点是闭合的，R4、R5被切除出主电路。当起动后，需要调速时，我们把SA旋转到Ⅰ挡，此时KM5线圈掉电，其主触点断开使R5串入电动机电枢回路，电动机速度下降。我们再旋转SA到Ⅱ挡位置，此时KM4、KM5线圈均不带电，因此，R4、R5都被串入电枢回路，电动机速度再次下降。这样就实现了0、Ⅰ、Ⅱ三个档位的调速。如果我们需要更多的速度调节挡位时，可采用同样的办法来实现。任务实施

1．选择所需要的设备及材料任务3直流电动机的调速控制序号名称序号名称1直流电动机8电流继电器KI1、KI22刀开关Q19电阻R1、R2、R3、R4、R53刀开关Q210稳压二极管VD4熔断器FU111时间继电器KT1、KT25熔断器FU212万能转换开关SA6停止按钮SB113接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM57起动按钮SB2任务实施

2．绘制电枢回路串电阻起动控制线路安装接线图

根据原理图，对刀开关Q1、Q2、熔断器FU1、FU2、、接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5按钮SB1、SB2、SB3、万能转换开关SA以及电阻R1、R2、R3、R4、R5等以方便接线的原则进行排列。按照实际设备排列位置绘出接线图。为确保安全，我们在控制电路和主电路均串入了熔断器。

3．控制线路的接线与检查

检查各元器件是否动作可靠。检查按钮、接触器触点系统及复位情况。检查时间继电器的整定时间，按照所绘制的安装接线图，完成线路的接线。接完线后，首先仔细检查线路的接线情况，确保各端子接线牢固，再检查SA是否在0挡位。

4．起动电动机

合上刀开关Q1、Q2，确认SA在0挡位，按下起动按钮SB2，电动机起动并运行，待电动机正常起动后，旋转SA至Ⅰ挡位置，观察电动机速度变化情况，再次旋转SA至Ⅱ挡位置，观察电动机速度的变化情况，然后再将SA变为Ⅰ挡，最后恢复到0挡。按下SB1电动机停止运行。任务3直流电动机的调速控制任务评价任务3直流电动机的调速控制序号考核内容考核要求成绩1安全操作符合安全生产要求，团队合作融洽（20分）2选择元器件根据线路能正确合理的选用电气元器件（20分）3绘制接线图根据原理图和设备位置，正确绘制接线图（20分）4接线与检查根据控制接线图，完成接线，并检查无误（20分）5调试线路的故障现象能够分析判断故障点、并排除故障（20分）654321任务提出任务目标相关知识任务分析任务实施任务评价任务4直流电动机的制动控制任务提出

请设计一个电动机控制电路，要求起动时自动进行串电阻起动，制动时自动进行能耗制动，完成相关接线并调试运行成功。任务4直流电动机的制动控制任务目标

①了解直流电动机的制动方法及其原理。

②能实现直流电动机制动控制线路的设计、安装及调试任务。任务4直流电动机的制动控制相关知识

直流电动机的电气制动方法有三种，能耗制动、反接制动和回馈制动。任务4直流电动机的制动控制

1．能耗制动

制动前接触器KM的常开主触点闭合，常闭触点断开，电动机有励磁将处于正向电动稳定运行状态，制动时断开常开KM主触点使电枢电源断开，常闭触点KM闭合，用电阻将电枢回路闭合，此时电动机进入发电机状态，所发的电能消耗在电阻上，故称能耗制动。图3-24能耗制动原理图

能耗制动时电动机的电磁转矩与转速、电流方向等的方向变化情况如图3-25。（a）制动前

（b）制动后图3-25能耗制动前后转矩、电流变化图相关知识任务4直流电动机的制动控制能耗制动时U=0，所以其理想空载转速n0=0，其机械特性方程为图3-26能耗制动机械特性相关知识

2．反接制动

反接制动主电路如图3-27，制动前，接触器主触点KM1闭合，另一个接触器主触点KM2断开，此时电动机处于正向电动运行状态。此时断开KM1，闭合KM2使电枢电压反向并串入电阻RF，则进入制动。任务4直流电动机的制动控制图3-27反接制动原理图

反接制动初始瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，仍保持原来的方向和大小，电枢感应电动势也保持原来的大小和方向。反接制动后电枢电流变为反接制动制动的机械特性方程为相关知识

3．回馈制动

电动机在运行状态下，由于某种条件的变化（如带位能性负载下降、降压调速等），使电枢转速n超过理想空载转速n0，