直流电动机串电阻分级启动仿真实验设计
直流电机串电阻启动
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学移通学院课程设计报告设计题目：直流电机的串电阻启动过程设计学校：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：年月重庆邮电大学移通学院目录一、直流电动机的综述 (4)1.1直流电动机的基本工作原理 (4)1.2直流电动机的分类 (5)1.3直流电动机的特点 (5)二、他励直流电动机 (5)2.1他励直流电动机的机械特性 (5)2.2固有机械特性与人为机械特性 (6)三、他励直流电动机的起动 (7)3.1直流电动机的启动过程分析 (8)3.2他励直流电动机起动电阻的计算 (9)四、设计内容 (10)五、结论 (11)六、心得体会 (12)七、参考文献 (12)一、直流电动机的综述1.1直流电动机的基本工作原理图1 是一台最简单的直流电动机的模型，N和S是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。
磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。
铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。
在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。
电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。
如果将电源正负极分别接电刷A和B,则线圈abcd中流过电流。
在导体ab中，电流由a 流向b，在导体cd中，电流由c流向d，如图（a）所示。
载流导体ab和cd均处于N和S 极之间的磁场当中，受到的电磁力的作用。
用左手定则可知，载流导体ab受到的电磁力F 的方向是向左的，力图使电枢逆时针方向运动，载流导体cd受到的电磁力F的方向是向右的, 也是力图使电枢逆时针方向运动，这一对电磁力形成一个转矩, 即电磁转矩T，其方向为逆时针方向，使整个电枢沿逆时针方向转动。
当电枢转过180°, 导体cd转到N极下，ab转到S极上，如图（b）所示。
直流电动机起动实验
F 实验一直流电动机起动实验一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。
说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。
二、实验的主要内容仿真一台直流并励电动机的起动过程。
电动机参数为: PN =17kW, UN=220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻Ra=0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R =181.50,电机转动惯量J=0.76 kg •m2。
三、实验的基本原理直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。
一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。
由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。
四、实验步骤1)建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2π =9.55。
2)计算电动机参数:励磁电流励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”电枢电阻电枢电感估算R a=0.08703)设置仿真参数:在Simulation 菜单栏下选择Simulation parameters, 设置仿真参数，仿真时间取ls,在0. 5s 时加额定负载,仿真算法取ode45,点击菜单栏中的“➢”按钮启动仿真。
直流电动机的起动仿真
实验五直流电动机的起动仿真实验目的：直流电机直接起动时，起动电流很大，可达到额定电流的10-20倍，由此产生很大的冲击转矩，实际运行时不允许直流电机直接起动。
通过直接起动和串电阻起动比较它们的区别，起动电流和起动转矩的变化。
实验设备及器件：计算机，一台（MATLAB）。
实验内容：建立仿真模型；通过图形验证。
实验要求：能够正确使用simulink建立仿真模型，并观察分析图形。
1.直流电动机直接起动仿真模型图图中的模块有直流电源（DC Voltage Source）、理想开关、直流电动机、开关、增益、电阻（RLC branch）、示波器（scope）、信号分离模块（Demux）。
仿真模型中通过理想开关模块控制直流电源的接通和断开，使用开关模块控制电机的转矩，使电机在起动过程中的转矩为空载起动，当转速达到设定值后，使电机工作再给定的负载转矩。
直流电机模块参数：直流电源模块参数：定时模块：0s时输出为0， 0.5s时输出为1理想开关：开关模块：增益模块常量模块：电阻设置：仿真时间为5s2.直流电动机电枢串电阻起动仿真与图1仿真模型相比较图中增加了电阻控制模块子模块的建立采用从Simulink中拖入子系统模块（Subsystem）的方法。
双击子模块打开在内部按下图增加所需要的模块，如增加输入、输出端口（connection port），子模块的原理图如下图所示。
子模块中有阶跃模块（Step）、断路器（Breaker）、阻抗分支（RLC branch）组成。
开关门限的设置：即转速到1400r/min时再投入负载转矩。
仿真时间为10s。
直流电动机串电阻起动的设计与仿真
直流电动机串电阻起动的设计与仿真王晓旭【摘要】传统的直流电动机串电阻起动参数设计采用解析法理论计算，公式复杂，步骤繁琐，且计算结果需要进一步通过仿真来验证。
采用Matlab仿真进行电阻起动器的设计，转速、电流动态仿真波形为参数的计算提供了重要的理论依据，设计过程简单省时，精度高，参数调整方便，设计效果同时可通过仿真波形实时显示。
【期刊名称】《邢台学院学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P168-171)【关键词】直流电动机;起动电阻;Matlab;仿真【作者】王晓旭【作者单位】邢台学院物理与电子工程学院，河北邢台 054001【正文语种】中文【中图分类】TP2直流电动机直接起动起动电流一般为额定电流的十倍以上，换向会产生危险的电火花，并且起动转矩过大也会造成电机机械机构及负载的损坏，因此除小功率直流电动机允许直接起动外，大功率直流电动机需采用降低电枢电压或电枢回路串电阻起动。
直流电动机串电阻分级起动，可把起动电流限制在一定范围内，在最大电流的限制下快速且较平滑起动，起动性能与起动级数、各级起动电阻的大小及其投入时间密切相关。
本文首先利用解析法进行直流电动机电阻起动器的设计，然后重点介绍在Matlab/simulink中利用仿真手段进行起动器设计的方法步骤。
一台他励直流电动机，额定电压UN=240V，额定电流IN=16.2A，额定转速nN=1 220r/min，电枢回路电阻Ra=0.6Ω，电枢电感La=0.012H，励磁电阻Rf=240Ω，励磁电感Lf=120H，系统转动惯量J=1Kg m2，负载为额定负载。
1.1 起动级数与各级起动电阻值的确定他励直流电动机分级起动的原理及特性（以二级起动为例），如图1和图2[1]。
起动之初KM1、KM2断开，将起动电阻全部串入电枢回路，待转速上升后，逐步将KM1、KM2闭合，起动电阻RST2、RST1切除，起动过程电流限制在I1、I2之间。
直流电动机串联电阻启动的matlab模型分析
直流电动机串联电阻启动的模型（计算+仿真）电动 参数如下：17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻0.087F R =Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m = 构建电路模型参数设置：1、0.087a R =Ω，0.0032a L H =2、0.087F R =Ω，励磁电感在恒定磁场控制时取0，即0F L H =3、互感af L ：首先电动势常数0.0708.min/N a N e NU R I C V r n -== 600.6762e e K C π== /0.676/1.210.56af e f L K I H ===(220/ 1.21f F I R A ==)4、20.76.J Kg m =采用ode45算法既可以得到仿真曲线从仿真图线上可以看出，直接启动时，启动电路达到2500A，这个值实在是太大了。
为了降低启动电流值，我们采用串联电阻的方式，而且，在这里要求启动过程中，电路要在100-200A之间变化。
1、启动时电路小于200A11 200NaUR R=-=Ω此时，我们在电路中先接入11 200NaUR R=-=Ω，看一下仿真曲线可以看到在3.5s的时候电流降到了100A，这时候转速达到了1500r/min2、这个时候需要降低电阻，降到多少呢，计算如下20.482200N e a U C n R R -=-=Ω。
这时候我们安排110.4820.518R =-=Ω，在0-3.5s 接入电路20.482R =Ω ，在0-10s 接入电路（暂定）可以看出大概在6s 的时候电路又来到了100A,转速2200r/min 计算： 30.32200N e a U C n R R -=-=Ω 这个时候我们安排110.4820.518R =-=Ω在0-3.5s 接入电路20.32R =Ω 在0-6s 接入电路30.4820.320.162R =-=Ω,在0-15s 接入电路大概在8s 的时候电流有到100A,转速2800r/min 这时候可以完全释放电阻了。
他励直流电动机电枢串电阻启动过程的仿真分析
他励直流电动机电枢串电阻启动过程的仿真分析超过
随着技术的进步，直流电动机的广泛应用，其系统启动过程已经被广泛研究，为了了解其启动特征，开展仿真分析是十分有必要的。
在使用串电阻启动的情况下，直流电动机的启动效果主要受由电动机电阻和启动电阻的大小所决定。
首先，在仿真分析中，我们必须考虑空载启动和负载启动两种情况。
当电动机处于空载时，通常采用串电阻启动，空载电动机电枢初始欧姆单位IM=P/2，启动电阻=Rs/2，最大启动摩擦力有限，直流电动机常用空载启动电阻值为0.18-0.2倍转矩定律电阻。
当直流电动机处在负载时，则应采用串电阻加并联电容的启动方法。
电动机电枢的初始欧姆单位IM=P/2，根据负载条件，应选定不小于负载启动摩擦力2倍的电容启动容量，当直流电动机负载启动时，应该保持启动时间和拖动转子的转速，使电动机达到定功率平衡运行状态。
此外，串电阻启动的电流评价是电动机启动的重要指标，其上限大小与启动电阻选取有关。
一般情况下，允许的启动电流是相对较小的工频电流的1.5～2倍，它依赖于主电源的频率，电动机的参数和负载量的大小。
因此，在直流电动机串电阻启动过程的仿真分析中，需要考虑到空载和负载启动，启动电阻的大小与电流大小，以及主电源频率和电动机参数和负载量的影响，来确定合理的仿真模型，以得到较为准确的，具有指导意义的仿真结果。
他励直流电动机转子串电阻启动设计和仿真课程设计
辽宁工程技术大学《电机与拖动》课程设计设计题目：他励直流电动机转子串电阻启动设计和仿真院（系、部）：电气与控制工程学院专业班级：姓名：刘春喜学号：指导教师：刘春喜王继强李国华荣德生日期：2012-6-26电气工程系课程设计标准评分模板摘要通过在电枢上串联多级电阻，可以减小他励直流电动机的启动电流和转矩。
分析了他励直流电动机串多级电阻的启动原理，给出了多级启动电阻的计算选择方法。
以一个实际他励电动机为例进行分析，设计了该电动机电枢串五级电阻的启动系统，通过编程画出了该直流电动机串五级电阻启动的机械特性图。
通过Matlab对直流电动机的直接启动和串电阻启动进行了建模和仿真，仿真结果验证了理论分析的正确性。
关键词：他励直流电动机电枢串电阻启动机械特性仿真目录1 引言 (1)2 他励电动机转子串电阻启动原理 (1)3 启动电阻的计算选择 (2)4 实例分析 (3)5 仿真验证 (5)5.1 他励直流电动机直接启动仿真 (5)5.2 他励直流电动机串电阻启动仿真 (10)6 结论 (12)参考文献 (12)1 引言他励直流电动机在启动瞬间，转速n =0，电动势E =0，由电枢电流方程式（1）可知，启动电流如式（2）所示。
在额定电压下直接启动时，由于R a 很小，I S 很大，一般可达电枢电流额定值的10~20倍。
这样大的电流是换向所不允许的。
同时由式（3）可知，启动转矩也能达到额定转矩的10~20倍。
虽然启动转矩大可以使电机加速快，但是过大的启动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机构（如齿轮）和生产机械。
由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、电枢电阻R a 大、转动惯量又比较小，可以直接启动外，一般的直流电动机是不允许采用直接启动的[1]。
a a a U EI R -=(1) aS aU I R =(2)T a T C I Φ=(3)因此，必须将启动电流限制在运行范围之内。
他励直流电动机串电阻三级起动控制设计剖析
《电机与拖动》课程设计他励直流电动机串电阻三级起动控制设计Separately Excited DC Motor Series Resistance Three Start Control Design摘要这篇文章主要解决他励直流电动机串电阻三级起动控制设计问题，设计出可以三级起动的电动机。
本文通过理论设计，实验室检验，再纠正的方法，阐述了他励直流电动机的基本结构，工作原理，得到了他励直流电动机的起动方法，通过得到的结论设计出可以三级起动的他励直流电动机。
关键词他励；直流；电阻；起动；三级AbstractThis article mainly solves the separately excited DC motor series resistance three starting control design, design can be a level three starting motor. In this paper, through theoretical design, laboratory tests, and the correction method, elaborated separately excited DC motor's basic structure, working principle, got him excited DC motor starting method, the conclusion can be developed through three grade starting of separately excited DC motor.Keywords ：excitation;DC;resistance;starting; three目录1 绪论 (1)1.1 直流电机基本的结构........................................................................ 错误！未定义书签。
他励直流电动机串电阻分级启动系统仿真
这样大的启动电流会引起电机换向困难，并使供电线路产 生很大的压降。因此必须采取适当的措施限制启动电流。
对启动的要求：
（1）最初启动电流Ist要小； （2）最初启动转矩Tst要大； （3）启动设备要简单和可靠。
直流电动机的启动方法
a.电枢回路串电阻启动 b、他励电动机降压启动
最初启动电流：Ist =U / ( Ra+Rst )
最初启动转矩：Tst=Ct Φ Ist
1.为了在限定的电流Ist下获得较大的启动转矩Tst，应该使磁通Φ 尽可能大些，因此启动时串联在励磁回路的电阻应全部切除。
2.有了一定的转速n后，电势Ea不再为0，电流Ist会逐步减小，转 矩Tst也会逐步减小。
3.为了在启动过程中始终保持足够大的启动转矩，一般将启动器 设计为多级，随着转速n 的增大，串在电枢回路的启动电阻Rst 逐级切除，进入稳态后全部切除。
4.启动电阻Rst一般设计为短时运行方式，不容许长时间通过较大 的电流。
直流电机模型
直流电动机模型如图所示，图 中F+和F-是直流电机励磁绕组 的连接端，A+和A-是电机电枢 绕组的连接端，TL是机械负载 输入端，该端的输入有两种选 择，负载转矩和设定速度。m 端用于输出电机的内部变量和 状态，可以输出电机的转速， 电枢电流、励磁电流和电磁转 矩4项参数。
仿真所用模块
信号分解Mux 放大器Gain 直流电源 DC Voltage Source 直流电动机 DC Machine 阶跃信号 Step 断路器 Breaker 示波器 Scope 电阻 R 电压测量 Voltage Measurement
建立仿真模型 设置仿真参数 波形观察与参数校验
直流电动机起动仿真试验
直流电动机起动仿真试验研究不同励磁方式直流电动机的直接起动过程,观察其中转速、电磁扭矩及电枢电流的变化规律。
1. 问题分析直接启动是指额定工作电压直接加到电动机电枢绕组两端后电动机的起动方式。
根据电机学的知识可知，这种起动方式起动设备简单，起动转矩大、速度快，但起动电流较大，因此适应于小负债起动。
另外，起动过程属于电机的动态过程之一，相比M文件函数编程，使用Matlab/Simulink进行可视化仿真更具有优势。
在Matlab/Simulink中选择新建仿真文件，从Simulink/PowerSystem中依次选择直流电源、开关、直流电动机、示波器等模块并按照电路要求进行连接，即可建立仿真模型。
基本模块搭建完毕，同样需要对各模块进行参数设置，重点是其中的直流电机模块。
其中参数主要涉及电枢电阻、电抗、励磁电阻、电抗、电枢与励磁之间的互感、初始转动惯量、摩擦系数、空载阻转矩、初始速度等。
2. 演示-他励直流电动机的直接起动模型。
3．实践-降压起动、串电阻起动方式下模型建立，起动特性分析。
（提交模型文件、数据分析报告）Matlab 建模分析一、直接启动模型1、直接启动基本电路分析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。
图1 他励直流电动机的全压启动启动开始瞬间，由于机械惯性，电动机转速0n = ，电枢绕组感应电动势a a a U E I R =+，由电动势平衡方程式e C 0a E n Φ==可知 启动电流NstaU IR =， 启动转矩T C st st T I Φ=2、他励直流电动机的直接启动模型如图1所示：图2 直接启动模型3、仿真结果如下图所示图3 电机电压变化图024681050100150200250时间（s ）电机电压(V )图4 电枢电流变化图图5 电机转矩变化图-50050100150200250300350时间（s ）电枢电流（A ）0246810-100100200300400500600时间（s ）电机转矩（N m ）图6 电机转速变化图4、实验结果分析：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。
(整理)直流电动机串电阻分级启动仿真实验
直流电动机串电阻分级启动仿真实验电路图搭建：如果电动机直接启动的话，设置Step1/ Step2 /Step3的起始值为0，并且step time 设为0，也就是在0时刻开始以后一直都为0值，也就是三个电阻开关保持闭合，使所串电阻短路，仿真得到转速和电枢电流的启动图形：可以发现，启动电流在很短的时间里就冲击到很大的值，我们将电流波形横坐标和纵坐标分别放大看看：从图中可以看到，在时间约为0.08s时刻电流冲击到了大约1840A，这很显然不符合要求，电机一启动就烧，或者启动瞬间熔断丝就烧断。
如果这时候串一个1Ω的电阻，也就是讲三个电阻值都串进电路，设置Step1/ Step2 /Step3的step time 设置为20s，得到以下波形：可以发现启动电流变小了很多，在200A左右，这也就满足启动电流限制的要求了，但是串联的电阻不能一直在电路中，这样会造成能量损耗，因为虽然电阻很小，但是电流很大，电流平方得到损耗电功率就很大了，即使是在额定运行时，额定电流大约在88.8A，而且我们还发现在时间t=10s时刻，电机还没有达到额定运行状态，也就是启动过程太慢，这主要是串了启动电阻的原因。
现在我们采用分级启动，下次电阻降低是在电流约为额定的1.2倍时，这样我们选t=3.5s时，把串的0.518Ω的电阻去掉，使所串电阻为0.482Ω，设置step3的step time 为3.5s，得到如下仿真图：可以发现电流会在3.5s时又有一个冲击电流，大约是210V左右，一般也能满足要求，也就是说，二次所串的电阻0.482欧姆能够满足要求，现在我们试试如果去掉0.838Ω的电阻，只剩一只0.162Ω时仿真的波形：很显然看出，在时间3.5s时刻，冲击电流很大，大约460V(底下的放大波形可以清楚地看出)，这也就不能满足电机的启动电流的要求。
所以我们在去电阻时候要选择大小，不能一次性完全去掉，而是一次一次的分级去掉。
下面就是我们进行的第二次去电阻。
西北工业直流电动机串电阻起动分析与设计
西北工业大学《电机与拖动》课程设计设计题目：直流电动机串电阻起动分析与设计院（系、部）：电气与控制工程学院专业班级：自动化姓名：李四学号： 1585810317 指导教师：荣德生日期： 2012-7-3 电气工程系课程设计标准评分模板课程设计任务书一、设计题目直流电动机串电阻起动分析与设计二、设计任务一台Z4他励直流电动机，P aN=200kW，U aN=440V，I aN=497A，n N=1500r/min，Ra=0.076Ω。
采用分级起动，起动电流最大值不超过2I aN，试求各段电阻值，并求切除电阻时的瞬时转速和电动势，并做出机械特性图，对起动特性进行分析。
三、设计计划电机与拖动课程设计共计1周内完成：1、第1～2天查资料,熟悉题目；2、第3～5天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、第6天准备答辩；4、第7天答辩。
四、设计要求1、设计工作量为完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。
指导教师：荣德生刘春喜王继强李国华教研室主任：李洪珠时间：2014年 3 月2日摘要直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。
直流电机可作为电动机用，也可作为发电机用。
滞留电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。
与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的启动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和启动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动机拖动。
在工业领域直流电动机仍占有一席之地。
因此有必要了解直流电动的运行特性。
在四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。
关键词：直流电动机；串电阻；启动；机械特性目录1 直流电动机的工作原理 (1)2 直流电动机的分类 (2)2.1 他励直流电机 (2)2.2 并励直流电机 (2)2.3 串励直流电机 (2)2.4 复励直流电机 (3)3 电动机的机械特性 (3)4 他励直流电动机串电阻起动 (5)4.1 增加电枢电阻起动 (5)4.1.1 启动过程分析 (5)4.1.2 起动电阻的计算 (6)5直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (8)6 结论 (9)参考文献 (10)西北工业大学电机与拖动课程设计1直流电动机的工作原理图1-1直流电动机的工作原理如下：如上图所示为最简单的直流电动机的原理图。
直流电动机电枢串电阻起动设计
一.直流电机简介直流电机是人类最早发明的和应用的一种电机。
与交流电机相比，直流电机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，应用不如交流电机广发。
但由于直流电动机具有优良的起动、调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。
随着电力电子技术的发展，直流发电机虽有可能被可控整流电源取代的趋势，但从供电的质量和可靠性来看，直流发电机仍具有一定的优势，因此在某些场合，例如化学工业中的电镀、电解等设备，直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源仍然使用直流发电机作为供电电源。
二直流电机的基本结构在电机中，要实现机电能量的转换，电路和磁路之间必须有相对运动。
所以旋转电机必须具备静止的和旋转的俩大部分，而且这俩部分之间有一定大小的间隙（称为气隙），以便储存磁能，静止的部分称为定子。
直流电机定子的作用是产生磁场并作为电机的机械支撑。
它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承和电刷装置等。
旋转部分成为转子。
直流电机转子又称为电枢，其作用是感应电动势产生电磁转矩，以实现能量转换。
它包括电枢铁心，电枢绕组，换向器、轴和风扇等。
1，定子部分（1）主磁极主磁极也称为主极，即原理中的N和S极，其作用是产生主磁场，由主极铁心和励磁绕组组成。
主磁极铁心通用1～1.5mm厚的钢板叠压而成。
（2）换向磁极简称换向极。
它是位于主磁极之间的比较小的磁极，也是由铁心和绕组组成。
铁心一般用整块钢或钢板叠压而成。
换向极绕组和电枢绕组串联。
换向极的作用是用来改善换向，由于换向极是位于主磁极之间的小磁极，所以不会影响电机的正常工作。
（3）机座机座通常用铸钢或厚钢板焊接而成 它是电机的机械支撑，用来固定主磁极、换向极。
机座是构成直流电机磁路的一部分。
（4）端盖等机座的两边各有一个端盖。
端盖的中心处装有轴承，用来支撑转子的转轴。
电刷插在电刷架的刷握中，顶上有一个弹簧压板，使电刷在换向器上保持一定的接触压力。
电刷架固定在端盖上。
2，转子部分（1）电枢铁心电枢铁忂是电机主磁路的主要部分。
直流电机的串电阻启动过程设计
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学移通学院课程设计报告设计题目：直流电机的串电阻启动过程设计学校：学生姓名：专业：班级：学号:指导教师：设计时间：年月重庆邮电大学移通学院目录综述 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (8)六、直流电动机串电阻起动设计方案 (11)七、设计结论 (13)八、心得体会 (15)参考文献 (16)综述直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。
直流电机可作为电动机用,也可作为发电机用。
直流电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。
与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上,仍广泛采用直流电动机拖动。
在工业领域直流电动机仍占有一席之地.因此有必要了解直流电动的运行特性.在四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。
一、直流电动机的工作原理如图1-1所示，电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的转轴与机械负载相连，这是便有电流从电源正极流出，经电刷A流入电枢绕组，然后经过电刷B 流回电源的负极。
在图1—1所示位置,在N级下面导线电流是由a到b，根据左手定则可知导线ab受力的方向向左,而cd的受力方向是向右的.当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于阻转矩是,电动机逆时针旋转。
当线圈转过180度时，这是导线的电流方向变为由d到c和b到a,因此电磁转矩的方向仍然是逆时针的，这样就使得电机一直旋转下去。
图1—1 直流电动机的工作原理图直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
图2-1 直流电机结构图1、定子主磁极——主磁极的作用是建立主磁场。
绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。
直流电动机的MATLAB仿真设计
-- .2）直流电动机直接起动仿真直流电动机直接起动时，起动电流很大，可以达到额定电流的10-20倍，由此产生很大的冲击转矩。
适用Simulink对直流电动机的直接起动过程建立仿真模型，通过仿真获得直流电动机的直接起动电流和电磁转矩的变化过程。
他励直流电动机直接起动仿真模型原理图- - 考试直流电动机模块参数设置图直流电源模块参数设置图定时模块参数设置图开关模块参数设置图他励直流电动机直接起动转速—电流关系仿真结果他励直流电动机直接起动仿真结果3）直流电动机电枢串联电阻启动仿真建立他励直流电动机电枢串联三级电阻起动的仿真模型，仿真分析其串联电阻起动过程，获得起动过程的电枢电流.转速和电磁转矩的变化曲线。
他励直流电动机串起电阻启动仿真模型原理图他励直流电动机串起电阻仿真他励直流电动机串起电阻起动的转速—电流关系仿真结果4）直流电动机能耗制动仿真能耗制动时，电枢通过电阻Rb短接，使用Simulink建立直流电动机的能耗制动仿真模型，仿真分析获得转速。
电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。
他励直流电动机能耗制动仿真模型原理图他励直流电动机能耗制动仿真结果5）直流电动机反接制动仿真直流电动机的反接制动分为电压反向的反接制动和倒拉反接制动。
电压反向反接制动作用用于电动机的快速停机，而倒拉反接制动用于低速下放位能负载。
使用Simulink建立直流电动机的电压反向反接制动的仿真模型，仿真分析获得转速。
电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。
他励直流电动机电压反向反接制动仿真模型原理图他励直流电动机电压反向反接制动仿真结果6）直流电动机改变电枢电压调速仿真使用Simulink建立直流电动机的改变电枢电压的仿真模型，仿真分析获得转速。
电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。
他励直流电动机改变电枢电压调速仿真模型原理图他励直流电动机改变电枢电压调速仿真结果他励直流电动机改变励磁电压仿真模型原理图第三章MALTAB基本操作一、目的：1.掌握MATLAB的基本操作、常用命令。
实验二 直流电动机的串电阻降压启动及调速
实验二直流电动机的串电阻降压启动及调速控制一、实验目的1、掌握电动机串电阻降压启动及调速接线方法。
2、掌握直流电动机的启动及调速方法。
3、通过对直流电动机的串电阻启动控制线路的接线，掌握电气原理图变换成安装接线图的知识。
二、预习作业1、直流电动机的启动方法有哪些？为什么要采用降压启动？2、直流电动机常见的调速方法有哪些？3、简述直流电动机启动、调速控制工作原理。
三、实验设备序号型号名称数量1 DJ15或DJ25 直流电动机1件2 D31 直流电压、毫安、安培表1件3 D44 可调电阻器1件4 D60 直流电气控制1件5 D61 继电接触控制（一）1件屏上挂件排列顺序D31、DJ15或DJ25、D60、D61、D44四、实验方法1、接线原理图如图2—1所示：注：依照图2—1图片上的原理图，学生自己设计出清晰的接线原理图。
图2-1他励直流电动机机械特性测定实验接线图2、实验步骤：（1）按下控制屏上的“启动”按钮，调节控制屏左侧调压器旋钮调节三相调压输出使三相整流输出直流电压为220V，按下“停止”按钮。
（2）按图2—1接线，交流220接至控制屏的固定输出端U1和N1。
图中SB1、SB2、KM1、KM2、KT用D61挂件，KI1、KI2用D60挂件，R用D44上的两只90Ω串联共180Ω阻值，测量仪表选用D31挂件上对应的仪表，电机选用DJ15或DJ25（如选用DJ25，请注意修改图2—1的主电路接线）。
（3）按照图2—1进行检查接线，经检查无误后按一下步骤操作：①将R2调至最小，按下控制屏上的“启动”按钮，欠电流继电器KI2常开触头闭合，按下启动按钮SB2,KM1通电并自锁，主触点闭合，接通电动机电枢电源，直流电动机串电阻启动。
②经过一段延时后，KT的延时闭合触点闭合，KM2线圈通电，常开触头闭合，短接电阻R使电动机全压运行，启动过程结束。
③调节R2使其值增大，观察转速变化情况。
④按下停止按钮SB1，电动机停止运转。
直流电机起动仿真
5.2 基于MATLAB的电机起动仿真在上节直流电机参数测试的基础上，本节作了基于MATLAB/Simulink的直流电机起动仿真研究[46-47]，得到了电机起动过程中的电动机电流、电动机角速度、电枢电压和电磁转矩波形并分析了其仿真结果，为实物测试提供了简便经济的预测和验证。
5.2.1 电机起动仿真模型的建立自MATLAB从5.3版本中新增进了电力系统工具箱（Power System Blockset）发展至今，MATLAB在电力系统仿真中的应用越来越广泛。
电力系统工具箱是一个基于图形编程的电力系统仿真工具箱。
主要是由加拿大的HydroQuebec和International公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，使用者不需要自己编程而只需将仿真的电力系统图搭建在工作窗口中，MATLAB自动将其变化成状态方程描述的系统形式，便可以在SIMULINK下进行仿真研究了。
图5.4 电机起动仿真模型电力系统工具箱包含的模块有：Electrical Sources（电源库）、Elements（元件库）、Power Electronics（电力电子元件库）、Machines（电机库）、Connectors （连接器库）、Measurements（测量仪器库）、Extra Library（附加元件库）、Demos （示例库）、Powergui（图形用户界面graphical user interface），在此基于MATLAB 对电机起动进行SIMULINK仿真。
搭建的电机起动仿真模型主要由直流电压源（DC V oltage Source）、理想开关（Ideal Switch）、电机起动器（Motor Starter）、直流电机（DC machine）、串联RLC支路（Series RLC Branch）、电压表（V oltage Measurement）、信号分解模块（Demux）和示波器（Scope）等模块构成。
直流电动机电枢串电阻起动设计.
1 直流电机的基本结构直流电动机由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。
定转子之间有一定的间隙，称为气隙。
定子的作用是产生磁场和对电机的支撑，主要由主磁极，换向极，机座，端盖，电刷装置等部件组成。
转子的作用是产生感应电枢感应电动势或者电磁转矩，主要由电枢铁心，电枢绕组，换向器，转轴和风扇等部件组成，如图1-1。
图1—1 直流电动机结构图直流电机的额定值一般都标注在铭牌上，铭牌固定在机座的外表面上。
额定值是用户选择和用好电机的重要依据，根据国家标准，直流电机的额定数据有:(1)额定功率()n P Kw ；（2）额定电压()n U V ；（3）额定电流()n I A ；（4）额定转速()/min N n r ； （5）励磁方式和额定励磁电流()fN I A 。
还有的额定值比如额定效率，额定转矩N T 和额定温度等不一定都在铭牌上标注出来。
2直流电机的工作原理直流电动机的工作原理用一句话来概括：带电导体在磁场中受力，产生电磁转矩，继而带动负载转动。
具体分析如下，如图1-2。
图2—1 直流电机的工作原理图电流从电源正极流入电刷A经过导体ab到cd从电刷B流出回到电源负极。
由电磁力定律可知导体ab，cd受力的大小为f Bli，式中i为导体中流过的电流。
由左手定则可判断瞬间导体ab，cd受力方向相反，力f乘以转子的半径就是电磁转矩，若电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩，电枢便逆时针旋转起来了。
当电枢转过180°时，cd转到N极下，ab 转到S极下，电流仍然从电刷A流入，经过导体dcba，由电刷B流出，两导体上受力仍然相反，产生的电磁转矩方向不变仍然为逆时针方向。
3 直流电动机的基本理论3.1 直流电动机的参数（1）电枢感应电动势a E E C n φ=；（2）E C 为电势常数，φ为每极磁通，n 为转速，对于成品直流电机，电枢感应电势与每极磁通和转速的乘积成正比。
（3）电磁转矩e T a T C I φ=。
直流电动机启动的设计与仿真
湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书题目: 直流电动机启动的设计与仿真课程：电力电子课程设计专业：电气工程及其自动化班级：xxxxxxx学号：xxxxxxxxx学生姓名：xxx指导教师： xxx2015年1月1日信息工程学院课程设计任务书2015年1 月 1日信息工程学院课程设计成绩评定表摘要直流电动机具有调速范围广、调速平稳、过载能力强以及启动和制动转矩大等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。
文章研究了直流电动机串电阻起动方法，在直流电动机电枢绕组中串入电阻来降低起动电流和起动转矩。
相比于电机直接起动，串入电阻起动起动电流和起动转矩显著减低，而且成本又增加不多，在实际工农业生产中有广泛的应用。
关键词：直流电动机；直接启动；串电阻启动；仿真；AbstractDC motor has a wide speed range, steady speed, strong overload as well as starting and braking torque, etc., in the industrial and agricultural production has been widely used. This paper studies the series resistance of the DC motor starting method, the DC motor armature winding in series with a resistor to reduce the starting current and torque. Compared to direct start the motor, resistor in series starting current and starting torque significantly reduced, and the cost has increased much, there is a wide range of applications in the real industrial and agricultural production.Key words: DC motor; direct start; start of series resistance; simulation.目录1任务提出与方案论证 (7)1.1提出任务 (7)1.2方案论证 (7)2 总体设计 (8)2.1 系统原理框图 (8)2.2 直流电动机串电阻启动模型仿真的建立 (8)2.3 直流电动机串电阻启动电阻计算机仿真结果分析 (9)3 总结 (17)参考文献 (18)1 任务提出与方案论证1.1提出任务直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。
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直流电动机串电阻分级启动仿真实验
电路图搭建：
如果电动机直接启动的话，设置Step1/ Step2 /Step3的起始值为0，并且step time 设为0，也就是在0时刻开始以后一直都为0值，也就是三个电阻开关保持闭合，使所串电阻短路，仿真得到转速和电枢电流的启动图形：
可以发现，启动电流在很短的时间里就冲击到很大的值，我们将电流波形横坐标和纵坐标分别放大看看：
从图中可以看到，在时间约为0.08s时刻电流冲击到了大约1840A，这很显然不符合要求，电机一启动就烧，或者启动瞬间熔断丝就烧断。
如果这时候串一个1Ω的电阻，也就是讲三个电阻值都串进电路，设置Step1/ Step2 /Step3的step time 设置为20s，得到以下波形：
可以发现启动电流变小了很多，在200A左右，这也就满足启动电流限制的要求了，但是串联的电阻不能一直在电路中，这样会造成能量损耗，因为虽然电阻很小，但是电流很大，电流平方得到损耗电功率就很大了，即使是在额定运行时，额定电流大约在88.8A，而且我们还发现在时间t=10s时刻，电机还没有达到额定运行状态，也就是启动过程太慢，这主要是串了启动电阻的原因。
现在我们采用分级启动，下次电阻降低是在电流约为额定的1.2倍时，这样我们选t=3.5s时，把串的0.518Ω的电阻去掉，使所串电阻为0.482Ω，设置step3的step time 为3.5s，得到如下仿真图：
可以发现电流会在3.5s时又有一个冲击电流，大约是210V左右，一般也能满足要求，
也就是说，二次所串的电阻0.482欧姆能够满足要求，现在我们试试如果去掉0.838Ω的电阻，只剩一只0.162Ω时仿真的波形：
很显然看出，在时间3.5s时刻，冲击电流很大，大约460V(底下的放大波形可以清楚地看出)，这也就不能满足电机的启动电流的要求。
所以我们在去电阻时候要选择大小，不能一次性完全去掉，而是一次一次的分级去掉。
下面就是我们进行的第二次去电阻。
这次去掉0.32Ω的电阻，保留0.168Ω小电阻，而且是在5s时刻去掉，设置step2的step time 为5s就行，得到如下波形：
我们发现，这时候的电流的冲击大小大约有273V左右，虽然不是很大，但是也不能满足要求，这时候要么选择所去电阻变小，要么选择推迟去除电阻的时间，现在我们选择在时间6s时刻去除0.32欧姆的电阻，得到波形：
可以发现，在6s时刻的冲击电流要小于5s时刻的冲击电流，大约为227V左右，在这时候如果我们选取所去电阻变为0.3Ω，看看仿真波形：
我们发现，6s时刻的冲击电流又变小了，大约为218V左右。
下面我们去除剩余的0.168+0.02=0.188Ω的电阻，选择在9s时刻，得到如下波形：
可以发现，最后一级所去电阻过大，产生冲击电流达到了约232V左右。
在仿真中试图找到合适的电阻分级模式，选择最合适的电阻模式。
大致过程就是这样。