直流电动机的通电运行（电机技术）

2、直流电机拖动与调速运行任务说明★学习目标

在学习任务一当中我们已经学习了直流电机的工作原理与基本结构，在本任务中，学生首先需要对直流电机（主要是直流电动机）的运行原理及调速性能进行了解，然后再通过实际的运行进一步加深对直流电动机的理解，使学生具备对直流电动机使用的能力。

在人们生产生活中，直流电动机以其起动转矩大和良好的调速性能而成为不可或缺的重要设备。同时，由于直流电源比较容易获得，所以，目前直流电动机的使用也是比价广泛的。要想掌握直流电动机的正确使用，就必须要了解直流电动机的运行原理、拖动及调速。2、直流电机拖动与调速运行知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够独立完成直流电动机的接线并通电运行；（2）能够根据图纸对直流电动机的起动和制动电路进行连接；（3）能够对直流电动机的起动电阻与制动电阻进行计算；（4）能够根据图纸对直流电动机的调速电路进行连接。

知识要求（1）掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算方法；（2）掌握直流电动机的平衡方程式与工作特性；（3）理解电力拖动系统的运动方程式及常见负载的转矩特性；（4）掌握直流电动机的固有机械特性和人为机械特性；（5）掌握他励直流电动机常用的起动和制动方法；（6）掌握他励直流电动机常用的调速方法。2、直流电机拖动与调速运行工作内容及要求★任务一直流电动机的通电运行

通过对实际的直流电动机进行通电运行，使学生对直流电动机的起动和制动有一个直观的了解，从而对直流电机的工作特性有一个深入的掌握。通过实际操作，使学生深入理解直流电动机在实际生产中的起动和制动方式。此外，通过对直流电机的工作特性进行测定，使学生进一步深入理解直流电机的运行原理。任务准备

要对直流电机进行通电运行，首先应当了解直流电机的基本运行原理。2.1、直流电动机的通电运行四、电力拖动系统的运动方程式和负载的转矩特性★任务准备1．电力拖动系统的运动方程式

由牛顿第二定律不难得出运动方程式的实用形式：式中，GD2为旋转体的飞轮矩，N·m2。

由上式可知，系统的旋转运动可分为以下三种状态：（1）当或时,系统静止或恒速运行，即处于稳态。（2）当或时,系统加速运行，即处于动态。（3）当或时,系统减速运行，即也处于动态。2.1、直流电动机的通电运行四、电力拖动系统的运动方程式和负载的转矩特性★任务准备2．电力拖动系统的负载转矩特性不同类型的生产机械的负载转矩特性基本上可分为以下三大类：1）恒转矩负载

根据负载转矩的的方向是否与转向有关，恒转矩负载又可以分为反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载。2.1、直流电动机的通电运行四、电力拖动系统的运动方程式和负载的转矩特性★任务准备2．电力拖动系统的负载转矩特性2）恒功率负载3）风机、泵类负载2、直流电机拖动与调速运行任务说明★学习目标

在学习任务一当中我们已经学习了直流电机的工作原理与基本结构，在本任务中，学生首先需要对直流电机（主要是直流电动机）的运行原理及调速性能进行了解，然后再通过实际的运行进一步加深对直流电动机的理解，使学生具备对直流电动机使用的能力。

在人们生产生活中，直流电动机以其起动转矩大和良好的调速性能而成为不可或缺的重要设备。同时，由于直流电源比较容易获得，所以，目前直流电动机的使用也是比价广泛的。要想掌握直流电动机的正确使用，就必须要了解直流电动机的运行原理、拖动及调速。2、直流电机拖动与调速运行知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够独立完成直流电动机的接线并通电运行；（2）能够根据图纸对直流电动机的起动和制动电路进行连接；（3）能够对直流电动机的起动电阻与制动电阻进行计算；（4）能够根据图纸对直流电动机的调速电路进行连接。

知识要求（1）掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算方法；（2）掌握直流电动机的平衡方程式与工作特性；（3）理解电力拖动系统的运动方程式及常见负载的转矩特性；（4）掌握直流电动机的固有机械特性和人为机械特性；（5）掌握他励直流电动机常用的起动和制动方法；（6）掌握他励直流电动机常用的调速方法。2、直流电机拖动与调速运行工作内容及要求★任务一直流电动机的通电运行

通过对实际的直流电动机进行通电运行，使学生对直流电动机的起动和制动有一个直观的了解，从而对直流电机的工作特性有一个深入的掌握。通过实际操作，使学生深入理解直流电动机在实际生产中的起动和制动方式。此外，通过对直流电机的工作特性进行测定，使学生进一步深入理解直流电机的运行原理。任务准备

要对直流电机进行通电运行，首先应当了解直流电机的基本运行原理。2.1、直流电动机的通电运行一、直流电机的电枢电动势和电磁转矩★任务准备

由电磁学的基本原理，容易得到电枢电动势的表达式为：1．直流电机的电枢电动势

式中，a为电枢绕组并联支路对数；N为电枢导体总数；Ce为电动势常数。

上式表明，直流电机的电枢电动势Ea的大小与磁通Φ和转速n的乘积成正比，通过改变磁通或转速可以改变电枢电动势的大小。2.1、直流电动机的通电运行一、直流电机的电枢电动势和电磁转矩★任务准备

由电磁学以及力学的基本原理，容易得到电枢电动势的表达式为：2．直流电机的电磁转矩

式中，CT为转矩常数，且有CT=9.55Ce

。

上式表明，直流电机的电磁转矩Tem与磁通Φ、电枢电流Ia成正比。2、直流电机拖动与调速运行任务说明★学习目标

在学习任务一当中我们已经学习了直流电机的工作原理与基本结构，在本任务中，学生首先需要对直流电机（主要是直流电动机）的运行原理及调速性能进行了解，然后再通过实际的运行进一步加深对直流电动机的理解，使学生具备对直流电动机使用的能力。

在人们生产生活中，直流电动机以其起动转矩大和良好的调速性能而成为不可或缺的重要设备。同时，由于直流电源比较容易获得，所以，目前直流电动机的使用也是比价广泛的。要想掌握直流电动机的正确使用，就必须要了解直流电动机的运行原理、拖动及调速。2、直流电机拖动与调速运行知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够独立完成直流电动机的接线并通电运行；（2）能够根据图纸对直流电动机的起动和制动电路进行连接；（3）能够对直流电动机的起动电阻与制动电阻进行计算；（4）能够根据图纸对直流电动机的调速电路进行连接。

知识要求（1）掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算方法；（2）掌握直流电动机的平衡方程式与工作特性；（3）理解电力拖动系统的运动方程式及常见负载的转矩特性；（4）掌握直流电动机的固有机械特性和人为机械特性；（5）掌握他励直流电动机常用的起动和制动方法；（6）掌握他励直流电动机常用的调速方法。2、直流电机拖动与调速运行工作内容及要求★任务一直流电动机的通电运行

通过对实际的直流电动机进行通电运行，使学生对直流电动机的起动和制动有一个直观的了解，从而对直流电机的工作特性有一个深入的掌握。通过实际操作，使学生深入理解直流电动机在实际生产中的起动和制动方式。此外，通过对直流电机的工作特性进行测定，使学生进一步深入理解直流电机的运行原理。任务准备

要对直流电机进行通电运行，首先应当了解直流电机的基本运行原理。2.1、直流电动机的通电运行三、直流电动机的机械特性★任务准备1．他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性是指电动机在稳定运行情况下，转速n与电磁转矩Tem之间的关系，用曲线n=f（Tem）表示，如右图所示：2.1、直流电动机的通电运行三、直流电动机的机械特性★任务准备1．他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性的公式表达为：式中，R为电枢回路总电阻，R=Ra+Rs；Rs为电枢回路串联电阻；Ra为电枢电阻；n0为电磁转矩Tem=0时的转速，称为理想空载转速，β为机械特性曲线斜率，；Δn为转速降，Δn=βTem。

通常在β较大时称电动机的机械特性较软，β较小时称电动机的机械特性较硬2.1、直流电动机的通电运行三、直流电动机的机械特性★任务准备2．他励直流电动机的固有机械特性和人为机械特性

他励直流电动机的固有机械特性是指当电动机电源电压和励磁磁通为额定值，且电枢回路不串联电阻的机械特性，其表达式为：

人为机械特性是指当人为地改变电源电压、励磁磁通或者电枢回路串电阻时得到的电机的机械特性。2、直流电机拖动与调速运行任务说明★学习目标

在学习任务一当中我们已经学习了直流电机的工作原理与基本结构，在本任务中，学生首先需要对直流电机（主要是直流电动机）的运行原理及调速性能进行了解，然后再通过实际的运行进一步加深对直流电动机的理解，使学生具备对直流电动机使用的能力。

在人们生产生活中，直流电动机以其起动转矩大和良好的调速性能而成为不可或缺的重要设备。同时，由于直流电源比较容易获得，所以，目前直流电动机的使用也是比价广泛的。要想掌握直流电动机的正确使用，就必须要了解直流电动机的运行原理、拖动及调速。2、直流电机拖动与调速运行知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够独立完成直流电动机的接线并通电运行；（2）能够根据图纸对直流电动机的起动和制动电路进行连接；（3）能够对直流电动机的起动电阻与制动电阻进行计算；（4）能够根据图纸对直流电动机的调速电路进行连接。

知识要求（1）掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算方法；（2）掌握直流电动机的平衡方程式与工作特性；（3）理解电力拖动系统的运动方程式及常见负载的转矩特性；（4）掌握直流电动机的固有机械特性和人为机械特性；（5）掌握他励直流电动机常用的起动和制动方法；（6）掌握他励直流电动机常用的调速方法。2、直流电机拖动与调速运行工作内容及要求★任务一直流电动机的通电运行

通过对实际的直流电动机进行通电运行，使学生对直流电动机的起动和制动有一个直观的了解，从而对直流电机的工作特性有一个深入的掌握。通过实际操作，使学生深入理解直流电动机在实际生产中的起动和制动方式。此外，通过对直流电机的工作特性进行测定，使学生进一步深入理解直流电机的运行原理。任务准备

要对直流电机进行通电运行，首先应当了解直流电机的基本运行原理。2.1、直流电动机的通电运行二、直流电动机的基本平衡方程式★任务准备

基本平衡方程式主要有电动势平衡方程式、功率平衡方程式、转矩平衡方程式。

在列写基本平衡方程式前应定好各参量的方向，一般按照右图所示的参考方向规定，各参量的方向与规定的参考方向一致时为正，反之为负。2.1、直流电动机的通电运行二、直流电动机的基本平衡方程式★任务准备U=Ea+IaRa：1．电动势平衡方程式

式中，U为电枢两端的电压，V；Ra为电枢电阻，Ω。2．功率平衡方程式P1=Pem+PCu

式中，P1为电源输入功率，W；Pem为电磁功率，W；PCu为电枢回路绕组电阻及电刷与换向器表面接触电阻上的损耗，称为铜损耗，W。。2.1、直流电动机的通电运行二、直流电动机的基本平衡方程式★任务准备2．功率平衡方程式Pem=P2+P0

式中，ΣP为总损耗P0=Pmec+PFe+PadP1=P2+PCu+Pmec+PFe+Pad=P2+ΣP

式中，

P2为输出机械功率；P0为空载损耗

式中，Pmec为机械摩擦损耗；PFe为铁损耗；Pad为附加损耗。2.1、直流电动机的通电运行二、直流电动机的基本平衡方程式★任务准备2．功率平衡方程式式中，Tem为电磁转矩，N·m；T2为电动机的输出机械转矩，N·m；T0为空载转矩，N·m。

由此可得直流电动机的效率3．转矩平衡方程式

由功率平衡式两边同时除以角速度ω，得转矩平衡方程。Tem=T2+T02、直流电机拖动与调速运行任务说明★学习目标

在学习任务一当中我们已经学习了直流电机的工作原理与基本结构，在本任务中，学生首先需要对直流电机（主要是直流电动机）的运行原理及调速性能进行了解，然后再通过实际的运行进一步加深对直流电动机的理解，使学生具备对直流电动机使用的能力。

在人们生产生活中，直流电动机以其起动转矩大和良好的调速性能而成为不可或缺的重要设备。同时，由于直流电源比较容易获得，所以，目前直流电动机的使用也是比价广泛的。要想掌握直流电动机的正确使用，就必须要了解直流电动机的运行原理、拖动及调速。2、直流电机拖动与调速运行知识和能力要求★学习目标

能力要求（1）能够独立完成直流电动机的接线并通电运行；（2）能够根据图纸对直流电动机的起动和制动电路进行连接；（3）能够对直流电动机的起动电阻与制动电阻进行计算；（4）能够根据图纸对直流电动机的调速电路进行连接。

知识要求（1）掌握直流电机的电枢电动势和电磁转矩的计算方法；（2）掌握直流电动机的平衡方程式与工作特性；（3）理解电力拖动系统的运动方程式及常见负载的转矩特性；（4）掌握直流电动机的固有机械特性和人为机械特性；（5）掌握他励直流电动机常用的起动和制动方法；（6）掌握他励直流电动机常用的调速方法。2、直流电机拖动与调速运行工作内容及要求★任务一直流电动机的通电运行

通过对实际的直流电动机进行通电运行，使学生对直流电动机的起动和制动有一个直观的了解，从而对直流电机的工作特性有一个深入的掌握。通过实际操作，使学生深入理解直流电动机在实际生产中的起动和制动方式。此外，通过对直流电机的工作特性进行测定，使学生进一步深入理解直流电机的运行原理。任务准备

要对直流电机进行通电运行，首先应当了解直流电机的基本运行原理。2.1、直流电动机的通电运行五、直流电动机的起动和制动★任务准备1．他励直流电动机的起动

由直流电机的电动势平衡方程式可知，当电动机在额定电压UN下运行时，电枢电流Ia为式中，Ea为电枢电动势，V。

当电动机刚起动时，转速n=0，感应电动势Ea=CeΦn=0，此时由于电枢电阻Ra较小，在额定电压下起动电流远远超过电动机的最大允许电流，这样会烧毁电动机，因此，直流电动机一般不能直接起动，常常需要给电枢回路串入电阻再通电起动或者采用降低起动电压的方式进行起动。2.1、直流电动机的通电运行五、直流电动机的起动和制动★任务准备2．他励直流电动机的制动

电动机的制动主要分为机械制动和电气制动两大类，这里主要考虑其电气制动过程。

电动机的电气制动是指当电动机的电磁转矩Tem与转子旋转方向相反时，电动机由运行状态进入停止状态的过程。此时电磁转矩Tem为制动转矩，电动机将机械能转换为电能。

常见的电气制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动。2.1、直流电机的通电运行实训模块1他励直流电动机的起动★任务实施

实训目的

实训工具和仪表（1）掌握他励直流电动机的接线方式。（2）理解他励直流电动机的串电阻起动电路。（3）进一步加深对直流电机工作原理的理解。（1）直流电动机1台。（2）可调电阻3个。（3）250V直流继电器3个。（4）直流可调电源1个。（5）常用电工工具。2.1、直流电机的通电运行实训模块1他励直流电动机的起动★任务实施

实训方法和步骤

注意事项略根据右图接线，对直流电机进行三级串电阻启动。并将实验中所测得的数据填入到教材中的表格里。2.1、直流电机的通电运行知识链接1他励直流电动机的起动方法★任务实施

通常Ist=（10~20）IN。过大的起动电流一方面会使电动机在换向时产生较强的火花，甚至形成环火；另一方面会使电枢绕组因过热而烧毁。同时，大电流产生的大转矩会损坏传动机构。因此，除了小容量的电动机允许直接起动外，普遍容量和大容量的直流电动机均不允许直接起动。1．他励直流电动机的直接起动他励直流电机直接起动时的电流和电磁转矩为：Tst=CTΦIst

2.1、直流电机的通电运行知识链接1他励直流电动机的起动方法★任务实施（1）要有足够大的起动转矩，一般Tst≥（1.1~1.2）TN。（2）起动电流要限制在一定的范围之内。（3）起动设备简单、可靠。

一般直流电动机的起动有如下的要求。2．他励直流电动机电枢回路串联电阻起动

电枢回路串联电阻起动是指电动机在额定电压下起动时，在其电枢回路中串入分级电阻，在起动过程中将分级电阻逐个断开，起动结束时分级电阻全部断开。

如实训模块一中三级串电阻启动接线图所示。2.1、直流电机的通电运行知识链接1他励直流电动机的起动方法★任务实施

电枢回路串联电阻起动的优点是操作简单、可靠，缺点是起动时电阻消耗的电能较多，效率较低。2．他励直流电动机电枢回路串联电阻起动

电枢回路串联电阻起动的机械特性如右图所示：2.1、直流电机的通电运行知识链接1他励直流电动机的起动方法★任务实施

降压起动的优点是起动过程快、平稳，而且能量损耗小。缺点是需要专用电源设备，投资大。3．他励直流电动机降压起动

降压起动是指起动前降低电动机电枢绕组两端的电压，以减小起动电流Ist的起动方法。

降压起动的机械特性如右图所示：2.1、直流电机的通电运行实训模块2他励直流电动机的制动★任务实施

实训目的

实训工具和仪表（1）掌握他励直流电动机制动电路的接线方式。（2）理解他励直流电动机的能耗制动电路。（3）进一步加深对直流电机运行原理的理解。（1）直流电动机1台。（2）可调电阻1个。（3）双掷开关1个。（4）直流可调电源1个。（5）常用电工工具。2.1、直流电机的通电运行实训模块2他励直流电动机的制动★任务实施

实训方法和步骤

注意事项略根据右图接线，对直流电机进行串电阻能耗制动。并将实验中所测得的数据填入到教材中的表格里。2.1、直流电机的通电运行知识链接2他励直流电动机的制动方法★任务实施1．他励直流电动机能耗制动

能耗制动是指电动机把拖动系统的动能转换为电能并消耗在电枢回路的电阻上，直到电动机停止转动的过程。他励直流电动机能耗制动电路原理能耗制动的机械特性2.1、直流电机的通电运行知识链接2他励直流电动机的制动方法★任务实施

常见的反接制动有电源反接制动和倒拉反接制动两种。电源反接制动电路电源反接制动的机械特性2．他励直流电动机反接制动1）电源反接制动

电源反接制动是指把正在运行的他励直流电动机的电源电压突然反极性接到电枢两端的制动过程。2.1、直流电机的通电运行知识链接2他励直流电动机的制动方法★任务实施倒拉反接制动电路倒拉反接制动的机械特性2．他励直流电动机反接制动2）倒拉反接制动

倒拉反接制动是指制动时在电枢回路中串联大电阻，使电磁转矩小于负载转矩的制动过程，倒拉反接制动只适用于位能性负载2.1、直流电机的通电运行知识链接2他励直流电动机的制动方法★任务实施回馈制动的机械特性3．他励直流电动机回馈制动（1）正向回馈制动（2）反向回馈制动

如右图中曲线1所示。

如右图中曲线2所示。2.1、直流电机的通电运行知识链接2他励直流电动机的制动方法★任务实施3．他励直流电动机回馈制动

回馈制动常出现在电动机降压调速和增磁通调速的时候，降压调速和增磁通调速的机械特性分别如下图所示。2.1、直流电机的通电运行实训模块3他励直流电动机工作特性的测定★任务实施

实训目的

实训工具和仪表（1）了解常用测量仪器和仪表的使用方法。（2）掌握直流电动机工作特性的测定方法。（3）通过对工作特性进行测定，加深对直流电动机运行过程的理解。（1）直流电动机1台。（2）直流发电机1台。（3）直流电压表1个。（4）直流电流表1个。（5）转速表1个。（6）常用电工工具。2.1、直流电机的通电运行实训模块3他励直流电动机工作特性的测定★任务实施

实训方法和步骤

实训数据处理根据实验要求，将所测得的数据填入教材中的表格中并进行相关计算，最后绘制出直流电机的各个工作特性曲线。略。

注意事项见教材。2.1、直流电机的通电运行知识链接3他励直流电动机的工作特性★任务实施

他励直流电动机的工作特性是指电压U=UN=常数、电枢回路不串入附加电阻、励磁电流If=IfN=常数时，电动机的转速n、电磁转矩Tem和效率η三者与输出功率P2之间的关系，用曲线n=f(P2)、Tem

=f(P2)、η=f(P2)表示。

实际运行中，由于电枢电流Ia比较容易测量，且Ia与P2成正比改变，因此，一般用曲线n=f(Ia)、Tem

=f(Ia)、η=f(Ia)来表示他励直流电动机的工作特性。2.1、直流电机的通电运行知识链接3他励直流电动机的工作特性★任务实施

由U=Ea+IaRa和Ea=CeΦn得转速公式1）转速特性2）转矩特性

当负载增大时，电动机输出的机械功率P2增大，输入功率P1也随之增大。因为端电压不变，电枢电流Ia增大，转速n减小，所以转速特性曲线是一条略微向下倾斜的直线。

当磁通Φ恒定时，电磁转矩与电枢电流成正比。由于电磁转矩上升