情境1 直流电动机的控制

情境一直流电动机控制※项目引入※项目知识储备任务一直流电动机拆装任务二直流电动机控制线路安装※项目实施项目引入1.项目提出设计一简易四轮直流电动机牵引小车。要求：能够实现起制动及调速。现场条件：0.5KW直流电动机一台，配套电气元件若干、小车用机械基础件。项目引入

2.项目介绍

四轮直流电动机车广泛用于工厂车间内部进行货物运输，既环保，又节能，是典型的机电一体化产品。通过本项目训练的能力目标：(1)熟悉直流电动机的结构，掌握直流电动机控制方式及控制系统图；

(2)能合理选用低压电气元件；

(3)能够按规范完成工作项目，查阅相关资料；

(4)具备团队精神，具有良好的职业道德。项目引入3.项目涉及的知识点：

(1)直流电动机的基本结构及铭牌知识；

(2)直流电动机的起动及正反转控制；

(3)直流电动机的制动控制；(4)直流电动机的调速控制。

项目知识储备任务1小型直流电动机拆装任务2直流电动机控制线路安装

任务一直流电动机拆装任务描述知识点任务实施123项目知识储备—任务11.任务描述

本任务目的要通过教师的现场教学以及学生的自学和查找资料，完成对直流电机的拆装，并讲解出直流电机的内部构造以及各元件的作用。项目知识储备—任务1任务目标掌握直流电动机的基本结构组成和工作原理；认识直流电动机铭牌数据；能对工程中常用直流电动机进行拆装；正确合理将直流电动机在生产中应用；掌握直流电动机励磁方式及分类；掌握直流电机电枢电势和电磁转矩。重点：掌握直流电动机的基本结构组成。难点：分析直流电机的工作原理，了解电枢电机电枢电势和电磁转矩。项目知识储备—任务11)电动机的定义电动机是将电能转变成机械能的机械装置，是电动机和发电机的统称。将电能转换为机械能的电机称为电动机；将机械能转换为电能的电机称为发电机。工业应用中电动机的位置

☆电动机基础知识项目知识储备—任务12.知识点2)电动机分类：直流电机伺服电动机、步进电动机、测速发电机、自整角机、直线电动机动力电机微特电机感应电机同步电机感应电动机感应发电机交流电机直流电动机直流发电机电动机同步电动机同步发电机同步补偿机项目知识储备—任务1☆直流电动机知识1)直流电动机分类项目知识储备—任务12)直流电动机的基本组成认识

项目知识储备—任务1

3）直流电动机的结构识别磁极换向器和电刷转子项目知识储备—任务1

4)直流电动机工作原理

在直流电动机中，电刷两端虽然加的是直流电源，但在电刷和换向器的作用下，线圈内部却变成了交流电，从而产生了单方向的电磁转矩，驱动电动机持续旋转。这样虽然导体中流通的电流为交变的，但N级下的导体受力方向和S级下导体所受力的方向并未发生变化，电动机在此方向不变的转矩作用下转动。

项目知识储备—任务1额定条件下电机所能提供的功率指轴上输出的机械功率在额定工况下，电机出线端的平均电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速。对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流电机铭牌上还标有其它数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。

5)直流电动机的铭牌数据项目知识储备—任务16）直流电动机的电枢绕组a、单叠绕组的展开图项目知识储备—任务1b、单波绕组的展开图项目知识储备—任务17）直流电机的电磁转矩和电枢电动势的计算a、电磁转矩的计算产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用,该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。大小:为电机的转矩常数，有其中可见，制造好的直流电机其电磁转矩与每极磁通及电枢电流成正比。性质:

电动机——驱动(与转速方向相同)。项目知识储备—任务1b、电枢感应电动势的计算电枢电动势:电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势大小:为电机的结构常数（电动势常数）其中可见,直流电机的感应电动势与电机结构、每极磁通及转速有关。性质:电动机——反电势(与电枢电流反方向).项目知识储备—任务1☆直流电动机的拆装◆目的：有保养和修理两种。◆保养：拆装工序一般有拆卸、清洗零件、更换易损件、装配和试验。◆修理：在拆卸前要先用仪表和观察法进行整机检查，然后在拆卸电动机后查明故障，并采用维护和绕组等修理平行作业法，来缩短修理周期。

直流电动机拆卸前应在刷架处、端盖与机座配合处等做好标记，便于装配。项目知识储备—任务1◆拆卸的工艺步骤项目知识储备—任务1◆直流电动机装配步骤项目知识储备—任务1任务要求1、熟悉直流电动机结构2、掌握直流电动机拆装工艺组队1、分组查找资料，讨论制定工作步骤2、合理分工，方法得当实施小型直流电动机的拆装，参照实训项目。评价1、自评2、互评团队：

地点：格物楼数控实训室项目知识储备—任务13.任务实施任务二直流电动机控制线路安装任务描述知识点任务实施123项目知识储备—任务21.任务描述本任务目的要通过教师的现场教学以及学生的自学和查找资料，完成小型直流电动机常用控制回路安装实训项目。

项目知识储备—任务2任务目标熟悉并掌握电气原理图中各元件的图形符号掌握直流电机的多种控制线路的控制原理。掌握电气控制线路设计方法；能对工程中常用直流电动机电气系统进行安装。能正确选用直流电动机的类型及型号。正确合理将直流电动机在生产中应用。重点：熟悉电气符号，掌握直流电动机的机械特性及启动、反转、制动。难点：了解直流电机的机械特性及调速。2.知识点☆电气控制系统图的基本知识电气控制线路：由各种有触点的接触器、继电器、按钮、行程开关等按不同连接方式组合而成的。电气控制线路作用：实现对电力拖动系统的启动、正反转、制动、调速和保护，满足生产工艺要求，实现生产过程自动化。相关国家标准：GB4728—85《电气图常用图形符号》GB5226—85《机床电气设备通用技术条件》GB7159—87《电气技术中的文字符号制定通则》GB6988—86《电气制图》GB5094—85《电气技术中的项目代号》项目知识储备—任务2降压启动控制线路多地控制线路正反转控制线路正转控制线路调速控制线路点动控制线路基本控制线路制动控制线路位置控制线路顺序控制线路项目知识储备—任务21)图形符号和文字符号限定符号一般符号符号要素电气符号补助文字符号辅助文字符号基本文字符号图形符号文字符号项目知识储备—任务22)绘制、识读电气控制系统图的原则电气控制系统图电气原理图电气安装图框图电器安装图电气互连图主电路控制电路照明和显示电路电气控制系统图的结构项目知识储备—任务2

Ⅰ.电气原理图

用图形符号和项目代号表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图绘制原则：主电路、控制电路和信号电路应分开绘出。表示出各个电源电路的电压值、极性或频率及相数。主电路的电源电路一般绘制成水平线，受电的动力装置（电动机）及其保护电器支路用垂直线绘制在图的左侧，控制电路用垂直线绘制在图面的右侧；项目知识储备—任务2同一电器的各元件采用同一文字符号表明。所有电路元件的图形符号，均按电器未接通电源和没有受外力作用时的状态绘制。循环运动的机械设备，在电气原理图上绘出工作循环图。转换开关、行程开关等绘出动作程序及动作位置示意图表。由若干元件组成具有特定功能的环节，用虚线框括起来，并标注出环节的主要作用，如速度调节器、电流继电器等。电路和元件完全相同并重复出现的环节，可以只绘出其中一个环节的完整电路，其余的可用虚线框表示，并标明该环节的文字号或环节的名称。绘制原则：项目知识储备—任务2电气原理图示例项目知识储备—任务2D65

Ⅱ.电气安装图电器位置图：表示电气控制系统中各电器元件的实际位置和接线情况。详细绘制出电器元件安装位置。

50505050320360线槽端子板FU1FU2KMFRTCFU3FU4车床电器位置图项目知识储备—任务2Ⅲ、电器互连图：表明了电器设备外部元件的相对位置及它们之间的电气连接，是实际安装接线的依据。电器互连图示例：EL0HL23142423103×2.5mm22M1M2413×2.5mm23×1mm25×0.75mm23×0.75mm23×2.5mm2QSQ1车床电器互连图项目知识储备—任务2☆直流电动机控制1)他励直流电动机的机械特性

直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：由电机的电路原理图可得机械特性的表达式：称为理想空载转速。实际空载转速项目知识储备—任务22)固有机械特性和人为机械特性当时的机械特性称为固有机械特性：由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有机械特性是硬特性。当改变或或得到的机械特性称为人为机械特性。项目知识储备—任务2Ⅰ、电枢串接电阻时的人为机械特性

保持不变,只在电枢回路中串入电阻的人为特性。特点：1）不变，变大；

2）越大，特性越软。项目知识储备—任务2Ⅱ、改变电枢电压时的人为机械特性

保持不变，只改变电枢电压时的人为特性：项目知识储备—任务2

Ⅲ、减弱磁通时的人为机械特性

保持不变，只改变励磁回路调节电阻的人为特性：特点：1）弱磁，

增大；

2）弱磁，增大项目知识储备—任务2☆机械特性的绘制1)固有特性的绘制

已知，求两点:理想空载点和额定运行。具体步骤：a.估算b.计算c.计算理想空载点：d.计算额定工作点：2)人为特性的绘制

在固有机械特性方程的基础上，根据人为特性所对应的参数或或变化，重新计算和，然后得到人为机械特性方程式。项目知识储备—任务23)他励直流电动机起动控制

起动：是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。起动时由于转速为零，电枢电动势为零，而且电枢电阻很小，所以起动电流将达很大值。起动方式：为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢电路串电阻或降低电枢电压起动。Ⅰ、电枢电路串电阻起动（a）主电路

（b）机械特性

项目知识储备—任务2－－串二级电阻按时间原则启动控制电气原理图：过电流继电器欠电流继电器电枢绕组励磁绕组断电延时时间继电器放电电阻启动接触器短接电阻接触器启动电阻

Ⅱ、单向运转起动控制线路项目知识储备—任务2D6工作原理：合上Q1和Q2按下按钮SB2KT1通电KM1通电KT1常闭触点断开KM1Z主触点闭合切断KM2、KM3电路M串电阻启动短接R2自锁KM2通电KT2断电延时短接R1KT1断电延时KM1常开触点闭合

M全压运行项目知识储备—任务2Ⅲ、降低电枢