直流电动机串电阻起动分析与设计
他励直流电动机串电阻启动的设计
他励直流电动机串电阻启动的设计直流电动机串联电阻启动是一种常见的启动方式，主要应用于较小功率的直流电动机，例如家用电器、小型机械设备等。
本文将从设计角度详细介绍串联电阻启动的原理、设计步骤和注意事项等内容。
一、串联电阻启动的原理串联电阻启动是通过在直流电动机的励磁回路中串联一定阻值的电阻，来降低电动机的电流起动冲击，从而实现平稳起动。
具体原理如下：1.启动过程中，电阻串联在励磁回路中，减小了直流励磁电流，降低了电枢绕组的电流冲击。
2.随着直流电动机转速的提高，励磁电流逐渐减小，当直流电动机达到运行速度时，电阻完全从回路中剔除。
二、串联电阻启动的设计步骤1.确定电机参数：包括额定电压、额定功率、额定转速、励磁电流等。
这些参数将决定所需的电阻大小。
2.计算起动时的励磁电流：通常起动时的励磁电流取额定电流的1.5倍至2倍之间。
3. 根据励磁电流和直流电动机的励磁回路电压计算所需串联电阻的阻值：串联电阻的阻值需满足电阻起动后，励磁电流达到起动时的设定值，可通过Ohm定律计算。
4.选择适当的电阻：根据计算所得的阻值，选择匹配的电阻进行串联。
三、串联电阻启动设计的注意事项1.电阻选择：根据计算得到的阻值，选择合适的电阻器进行串联。
电阻的耐压需要满足直流电机励磁回路的额定电压要求，并具备较好的散热性能。
2.电阻功率：电阻器需要具备足够的功率承载能力，以避免过载引起烧毁。
功率大小可根据电阻阻值和电阻串联前后电流计算得到。
3.励磁回路的稳定性：在设计中要确保电阻串联后励磁回路的稳定性，过大的串联电阻可能引起回路的不稳定，可能导致起动失败。
4.启动时间：串联电阻启动的时间一般较长，需要根据具体场合和电动机的特性来确定合适的启动时间。
四、串联电阻启动的优缺点优点：1.降低了直流电动机起动时的冲击电流，减少了电网压压降和设备的损坏。
2.启动过程简单，成本较低。
3.过载能力较强，承受短时过负荷。
缺点：1.启动时间长，启动效率低，启动过程中耗能较大。
实验一直流发电机实验
1、直流发电机实验1-1 认识实验一、实验目的1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
二、预习要点1、如何正确选择使用仪器仪表。
特别是电压表电流表的量程。
2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果?4、直流电动机调速及改变转向的方法。
三、实验项目1、了解实验装置中的电枢电源、励磁电源、涡流测功系统、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。
2、掌握涡流测功机控制系统的使用方法及原理。
3、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。
4、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。
四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序12、控制屏上挂件排列顺序D55-4，D31、D44，D31、五、实验说明及操作步骤1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。
2、将D55-4涡流测功机控制箱挂件的三芯电源插头插到控制屏的三芯插座，打开涡流测功机控制箱的电源开关，然后用信号线将涡流测功机控制箱与涡流测功机导轨连接好。
按下“调零”按钮，将“突减载”开关拨至下端。
用手转动涡流测功机转轴，然后顺时针调节右侧给定旋钮一定位置，再次用手转动涡流测功机转轴，对比一下转动时的阻力。
将“突减载”开关拨至上端，再调节左侧给定旋钮，转动涡流测功机转轴，此时给定的旋钮还起作用吗？ 3、用伏安法测电枢的直流电阻图1-1-1 测电枢绕组直流电阻接线图（1）按图1-1-1接线，电阻R 用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。
实验四、直流电机实验
实验报告系院电气与电子工程学院专业电气工程及其自动化班级学生姓名学号指导教师成绩2020年06月10日教务处印制广东···实验报告系：电气与电子工程学院专业：电气工程及其自动化年级：姓名：学号：实验时间： 2020.06.10 指导教师签字：成绩：（2）电流量程的选择因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流安培表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，选用直流毫安表的200mA量程档。
（3）电机额定转速为1600r/min，转速表选用1800r/min量程档。
（4）变阻器的选择变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路R f1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。
4、直流他励电动机的起动准备按图4-2接线。
图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率P N=185W，额定电压U N=220V，额定电流I N=1.2A,额定转速n N=1600r/min,额定励磁电流I fN＜0.16A。
校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。
直流电流表选用D31。
R f1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。
R f2选用D42的1800Ω阻值的变阻器作为MG励磁回路串接的电阻。
R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R2选用D42上的900Ω串900Ω加上900Ω并900Ω共2250Ω阻值作为MG的负载电阻。
接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
（1）检查按图2-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢固。
然后，将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻R f2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻R f1调到最小位置，断开开关S，并确认断开控制屏下方右边的电枢电源开关，作好起动准备。
直流电动机的电枢回路串电阻调速的特点
直流电动机的电枢回路串电阻调速的特点直流电动机是将直流电能转化为机械能的一种设备。
电动机的转速与输入电压成正比关系，为了实现电机的调速，可以通过改变电动机的电压来实现。
而直流电动机的电枢回路串接电阻调速是一种常见的调速方式。
直流电动机的电枢回路由电枢线圈和电刷组成。
电枢线圈是电动机的主要工作部分，通过电枢线圈中的电流和磁场相互作用产生转矩，从而驱动电动机转动。
电刷则是将外部电源的电能输入到电枢线圈中。
在直流电动机的电枢回路中串接电阻可以实现调速的目的。
当电枢回路串接电阻后，电动机的输入电压会因为电阻的存在而降低，从而导致电动机的转速降低。
这是因为电枢线圈的电阻增加，电枢线圈中的电流减小，磁场的磁通量也随之减小，进而产生的转矩也减小，从而导致电动机的转速降低。
电枢回路串接电阻调速的特点主要有以下几个方面：1. 调速范围大：通过改变电枢回路中串联的电阻大小，可以实现较大范围的调速。
电枢回路串接电阻调速可以实现电动机的连续调速，调速范围一般可以达到10:1以上。
2. 调速稳定性较差：电枢回路串接电阻调速的调速稳定性较差。
因为电枢回路串接电阻会导致电动机的输入电压降低，电动机的转矩也随之减小。
当负载变化较大时，电动机的转速会出现较大的波动，调速的稳定性较差。
3. 效率较低：电枢回路串接电阻调速会导致电动机的输入功率损失增加，从而降低电动机的效率。
因为电枢回路串接电阻会使得电动机的输入电压降低，电动机的输出功率也相应减小，这会导致电动机的效率下降。
4. 简单可靠：电枢回路串接电阻调速的原理简单，结构也较为简单，因此可靠性较高。
电枢回路串接电阻的调速方式在一些负载变化较小的场合，如风机、水泵等，仍然被广泛使用。
总结起来，直流电动机的电枢回路串接电阻调速是一种简单可靠的调速方式，具有调速范围大的优点，但调速稳定性较差，效率较低。
在一些负载变化较小的场合，仍然可以使用电枢回路串接电阻调速来实现电动机的调速需求。
直流电动机启动控制线路研究
在实际理论教学和实践教学中基本控制线路的教学都是以交流电动机基本控制线路为主没有单独针对直流电动机控制线路的教材可借鉴本文针对这个问题研究了直流电动机的点动控制连续转动控制和电枢回路串电阻控制问题给出了的基本控制线路供广大读者参考
山 西 青 年
理 论 研 究
直流 电动机启动控 制线路研究
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（ １ ） 开始先放一段录像 ：运动员游泳和潜水员潜入水 中 不同深度的水 中，运动员 为什 么要穿不 同的衣服？这样 引入 ， 联 理就在身边。
水。学生很 自然 的想到 ，液体压 强还与液体密度有关 ．也能进一 （ ６） 液体 压强公 式推 导。将蒙有橡 皮膜的玻璃 管放入水槽
点评 ：播放视频 ，目的是抛给学生一个值得思考 的问题 ：在 步得 出，液体 密度越大 ，压强越大 。
题 ，桌面 受到茶杯对 它的压强 吗？ 接着在茶杯 中倒 入水 ，再 问杯
底受 到水对它 的压 强吗？杯 壁受到水 对它的压强 吗？ 基于 前面固 度 ， 符 合初 中生感性思维较 强 ．理性思维尚不完善的思维特征。
体压强的学 习，学生容易 回答第 一个 问题 。后 两个问题 ，要通过 三 、总 结反思
刘胜 长
杨 永庄
薛福 林
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。
他励直流电动机降压启动与串电阻启动分析与设计毕业论文
《电机与拖动》课程设计设计题目：他励直流电动机降压启动与串电阻启动分析与设计院（系、部）：专业班级：姓名：学号：指导教师：日期：摘要通过降低电枢电压或在电枢回路上串电阻，减小了直流电动机的启动电流与启动转矩，避免了电刷及换向器的烧毁与机械运动机构的损坏。
分析他励直流电动机降压启动的启动原理，以及多级电压的计算方法；设计一个降电压的多级启动系统。
分析他励直流电动机串多级电阻启动的启动原理，以及多级电阻的计算方法；求切除电阻时的瞬时转速和电动势；设计一个串电阻的分级启动系统。
做出了机械特性图，对启动特性进行了分析。
通过降低电枢电压或在电枢回路串电阻，减小了启动电流与启动转矩，达到了平稳启动的目的。
关键词：他励直流电动机降压启动串电阻启动机械特性目录1他励直流电动机的启动方法 (1)2他励电动机降压启动 (1)2.1降压启动的原理 (1)2.2各级启动的电压 (2)2.3降压启动实例与机械特性 (3)3 他励直流电动机串电阻启动 (5)3.1串电阻启动原理 (5)3.2各级电阻的计算 (6)3.3 串电阻启动实例与机械特性 (7)4结论 (10)参考文献 (11)1 他励直流电动机的启动方法直流电动机接入电源后，转速从零达到稳态转速的过程，称为启动过程。
直流电动机启动时有两条要求：第一，应有足够大的启动转矩T st ，以缩短启动时间，提高生产效率；第二，启动电流不能过大，一般要小于二倍的额定电流。
第三，启动设备要简单、经济、可靠。
a a a U E I R =+⨯(1) 直接启动[1]时，他励直流电动机电枢加额定电压U aN ，电枢回路不串任何电阻，此时由于转速n =0，电动势E =0，根据式(1)得到式(2)。
a Nst aU I R =(2)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；同时由(3)可知，启动转矩也很大，造成机械冲击，易使设备受损。
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。
串电阻启动参数设置
串电阻启动参数设置在电气工程领域中，串电阻启动是一种常用的启动方式，特别适用于需要较大起动转矩的交流异步电动机。
在进行串电阻启动时，合理设置启动参数对于电机的性能和寿命具有重要影响。
下面将介绍一些关于串电阻启动参数设置的方法和注意事项。
对于串电阻启动，我们需要考虑的一个重要参数是串接在电机回路中的电阻值。
串电阻的作用是通过限制电流来减小电机的起动电流，从而保护电机和电网不受过大的冲击。
一般来说，串电阻的阻值应该根据电机的额定功率和起动转矩来确定，一般在启动过程中，串电阻的阻值应该逐步减小，直到完全接通。
串电阻的减小速度也是一个需要考虑的参数。
串电阻的减小速度过快会导致电机起动过程中电流变化过大，容易造成电机过载或损坏；而减小速度过慢则会延长电机的启动时间，影响电机的正常运行。
因此，在设置串电阻的减小速度时，需要根据具体情况进行合理调整，一般来说，串电阻的减小速度应该能够在保证电机正常启动的同时尽快接通全部串电阻。
串电阻启动参数设置还需要考虑电机的负载情况。
不同的负载情况下，电机的起动转矩和启动电流会有所不同，因此在设置串电阻启动参数时需要根据具体负载情况进行调整。
特别是在负载较大的情况下，需要合理设置串电阻的阻值和减小速度，以确保电机能够顺利启动并正常运行。
在进行串电阻启动参数设置时，还需要考虑电网的情况。
串电阻启动会对电网产生一定的冲击，因此在设置串电阻启动参数时需要考虑电网的容量和稳定性，避免对电网产生不利影响。
此外，还需要考虑电机的启动时间和启动次数，合理设置串电阻启动参数，可以有效延长电机的使用寿命，并提高电机的启动效率。
串电阻启动参数设置是一个复杂而重要的工作，需要综合考虑电机的额定功率、起动转矩、负载情况和电网容量等因素，合理设置串电阻的阻值和减小速度，才能确保电机顺利启动并正常运行。
只有在合理设置串电阻启动参数的基础上，电机才能发挥最佳性能，提高工作效率，延长使用寿命。
直流电动机启动方法和原理分析
直流电动机启动方法和原理分析摘要：本文对直流电动机的工作原理做了阐述，并对直流电动机的直接启动的缺点做了说明。
通过对他励直流电动机启动原理的详细分析，说明了几种启动方法的实用性和有效性。
关键词：直流电动机启动1引言直流电动机由于具有良好的启动和调速性能被广泛应用。
直流电动机的运行过程主要包括启动、稳定运行和制动三个阶段。
在启动过程中，直流电动机的电流值超过额定运行值的十几倍，如此大的电流将对电动机本身及直流供电系统造成很大的不良影响，严重时将导致安全生产事故甚至停产，所以控制直流电动机启动阶段的电流值对工矿企业的正常与安全生产具有重要意义。
为控制直流电动机启动阶段的电流值，技术人员采取了许多方法，这些方法都是以直流电动机的启动原理作为根据的，为满足现代企业对直流拖动设备的需求并发展更多、更先进的启动方法，对直流电动机的启动原理进行深入的分析显得尤为重要。
2直流电动机工作原理直流电动机工作原理的理论基础是安培定律：带电导体在磁场中必然会受到力的作用即电磁力作用。
判断所受电磁力方向用左手定则：磁力线穿过左手掌心，左手四指方向为带电导体电流方向，左手大拇指方向即为导体所受到的电磁力方向。
直流电动机的主磁极绕组通以直流电建立主磁场，转子绕组（也称为电枢绕组）通以交流电即为带电导体，转子绕组在磁场中受到电磁力作用并产生电磁转矩使转子旋转。
即将输入的电能转化为机械能输出。
3他励直流电动机直接启动特性3.1直接启动：即他励直流电动机电枢回路两端电压为额定值，电枢回路不串入附加电阻的启动方法。
3.2直接启动电流特点：（1）他励直流电动机电枢回路电压平衡方程为：U=Ea+IaRa=Cefn+IaRa （公式1）公式1中：U为他励直流电动机电枢回路两端电压；Ea为电动机转子绕组切割主磁场产生的反电动势；Ia为电枢回路总电流；Ra为电枢回路总电阻；Ce为感应电动势常数；f为每极磁通量；n为转子转速。
（2）根据公式1可知：他励直流电动机启动瞬间转子转速 n为零，所以反电动势Ea为零；电枢回路两端电压U为额定值：电枢回路总电阻Ra为额定值，所以相当于电压直接加在了电枢回路电阻上。
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。
直流电动机的电枢回路串电阻调速特点的简要解析
直流电动机的电枢回路串电阻调速特点的简要解析序号一：引言直流电动机是一种常见的电动机，它以其调速性能优良而受到广泛应用。
其中，电枢回路串电阻调速是一种简单而有效的调速方法。
本文将对直流电动机的电枢回路串电阻调速特点进行简要解析，旨在帮助读者更好地理解这一调速方式的工作原理和应用场景。
序号二：电枢回路串电阻调速的基本原理电枢回路串电阻调速是通过改变直流电机电枢回路中串联的电阻来调整电枢电流和电机转速的一种方法。
当驱动电源的电压固定不变时，增加回路中的串联电阻会导致电机电流减小，进而降低电机转速。
相反，减小串联电阻会增加电机电流，使转速增加。
序号三：电枢回路串电阻调速的特点3.1 简单可靠电枢回路串电阻调速方法简单可靠，只需要在电枢回路中串联一个可变电阻即可实现调速。
相比其他复杂的调速方法，这种方式的设计和安装成本较低，且操作简便。
3.2 调试方便通过改变电枢回路中的串联电阻，可以灵活地调整电机的转速。
只需调节电阻大小，即可实现转速的微调。
这种调试过程相对容易，即使对于没有太多电机调试经验的操作员来说也较为友好。
3.3 调速范围有限电枢回路串电阻调速的一个显著特点是其调速范围有限。
由于电枢回路串电阻的变化范围较小，因此只能在某一范围内微调电机的转速。
对于那些需要大范围转速调节的应用场景来说，该调速方法可能无法满足要求。
序号四：电枢回路串电阻调速的应用场景4.1 低要求转速调节对于一些不需要频繁转速调节的应用场景，如一些带有固定负载的机械设备，电枢回路串电阻调速是一个理想的选择。
由于其简单可靠的特点，适用于需要稳定转速且转速调节幅度较小的应用场合。
4.2 初期运行调速在一些需要电机在启动初期进行调速的场景中，电枢回路串电阻调速同样具备一定的优势。
在电机刚启动时，由于转矩大、转速低，电枢回路串电阻调速可以帮助实现电机平稳启动，并将转速逐渐调整至设定值。
序号五：总结与回顾通过本文的简要解析，我们对直流电动机的电枢回路串电阻调速特点有了更深入的理解。
直流电动机起动电阻的确定
直流电动机起动电阻的确定摘要：直流电机起动过程中既要有足够的转矩，又要保证起动时间短，并且起动电流在允许范围内。
本文根据直流电机起动过程中的起动方程式得到的转速特性曲线，运用特性曲线研究直流电动机在满足以上要求的情况下，计算限制电枢回路起动电流的串接电阻（起动电阻）的数值方法。
关键词：直流电机；起动电阻；计算1直流电机从投入电网开始，由静止达到稳定转速的过程称为起动过程从直流电动机的基本方程式U=Ea＋IaRa 看，起动瞬间，电机转速n=0 ，反电动势Ea=0 。
因此电枢电流 Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra ，由于 Ra 的数值一般很小，电枢电流将达到很大的数值，以致使电网电压下降，电机电枢绕组发热，并受到很大电磁力冲击。
因此要求起动时电流不超过允许范围。
但从电磁转矩TM=CMΦIa来看，则又要求起动电流大些，才能得到较大的起动转矩。
（其中CM为直流电机的转矩常数，Φ 为每极磁通）。
由此可见，以上两个方面是矛盾的，因此，对直流电机的起动过程中有如下要求：（1）起动电流限制在允许范围内。
（2）有足够的起动转矩。
（3）起动时间短，符合产品技术要求。
（4）起动设备简单，经济可靠。
直流电动机常用的起动方法有（1）全电压启动；（2）电枢电路串变阻器启动；（3）降压启动。
在工程中，用得最多的是电枢回路串变阻器启动，本文只讨论这种起动方法。
2串变阻器就是在起动过程中在电枢电路中串接可变电阻（称起动电阻）以限制起动电流。
如图一所示：图一R1、R2、R3、R4为串接电阻A 、B 、D 、 F 、H 、I 为接触器对于如图所示的并励电动机，起动电流 ISTmax 为IStmax=U/(Ra+ΣRs)+If=U/( Ra+ΣRs)+U/Rf其中Ra----电枢电阻 U----外加直流电压ΣRs----电枢回路串接电阻If----励磁电流 Rf----励磁回路电阻直流电机起动时，先合上接触器I，保证励磁电路先接通，然后合上接触器A，此时电机开始起动。
运动控制系统实习报告
1、增强了我的动手能力和独立操作能力 在这次设计中，我翻阅了一些的资料文献，同时在网上收集了很多有用的信息。之 后自己进行归纳总结，得出设计方案。在整个过程中，我积累了一些设计方面的经 验，为我们以后做毕业设计打下了坚实的基础。
课程实验报告
课程名称
所在学院
专
业
指导教师
实验小组
小组成员
姓名 学
运动控制系统
控制工程学院
自动化
刘
鹏
第六组
号
签名
贡献度
总评成绩
二零一三年 三 月
课程实验报告
实验名称
直流电动机的启动过程分析
实验地点 指导老师
实验日期 20103.03.11 教师 A B C /D
刘鹏
实验小组
第六组
评阅
一、实验内容（含实验原理介绍）：
结果分析：
由仿真结果我们可以很清楚地看到串两个电阻构成的启动过程，根据不同的切换时 刻逐个切除启动电阻，直到第二级只有电枢电阻启动达到额定转速。在第一级启动 中电流始终被限制在最大电流和切换电流之间。每次到切换时刻，电流也由切换电 流变到最大电流，在电阻被切除的瞬间，电流马上由切换电流跃变到最大电流，直 到疆后一级，电流才有最大电流变化到额定电流，至此整个启动过程也结束。总之， 从图形清楚地看出启动时间短，充分体现在换接过程中加速转矩越来越大时间越来 越短的特点，而且确定了电机和厂用电源的继电保护需要避开的启动电流和启动时 间，这样提高了安全性，为机电系统的设计提供了很好的依据。使用传统手段进行 电路设计时，一般都是依据电路图，焊接成实际电路，再进行调试，费时耗力．而 现在可以利用 Matlab 的 M 文件对机电系统进行仿真，检验设计的系统是否满足实际 需求，节省设计时间。 心得体会：
直流电动机串电阻启动的计算
计算法：
根据电动机最大容许启动电流或2I N 限制。
一般最大转矩T max 时的启动电流为 N I I )2~5.1(1=
最小转矩比负载转矩稍大就可以。
N I I )1.1(2≥
R 表示总电阻，则K 级启动电阻的各级总电阻为：
123123233..;..;
..;...:r r r r R R r r r R R r r R R r R R K k a k a k a k a K +++++=++++=+++=+=
相邻两级电阻切换时E 总是相等的。
有公比a k
R R R R R R I I q ===== (322121)
K 与q 的关系：
q R R K R R q a K a lg lg 11=⇒= K 是整数，而q 和R1都不确定。
有2种方法：
（1）先确定I1，即最大电流。
再确定11I U R N
=， 并给定I2，则21I I q =。
由此推算K 。
如果k 不是整数，可以用
稍大的整数代替。
再用k 值去计算q ，及各级电阻
（2）先确定I1，即最大电流。
再确定11I U R N
=，在给定K 的条件下，算出K a R R q 1=。
要校验I2是否大于负载转矩。
如果大于，就可以计算各级启动电阻。
串励直流电动机的基本控制电路
KM2
KM1Байду номын сангаас
KM1 KM2
KT
KT KM3
QF L+ L-
串励直流电机正反转控制线路
KM1 KM2 SB3
KM1 KM1 KM2
反转控制：
SB1
按下SB2，电 KM1 KM2
KM1 KM2
SB2 KM2
动机串联电阻
M
R反转起动，
KM3
KM2
KM1
KT线圈失电 R
KM1 KM2
KT
KT KM3
QF L+ L-
串励直流电机正反转控制线路
KM1 KM2 SB3
KM1 KM1 KM2
KM1 KM2
KT动断触头
延时闭合，
SB1 KM1 KM2
SB2 KM2
KM3得电，
M
起动过程结束
KM2
KM1
KM3
R
KM1 KM2
KT
KT KM3
三、制动控制线路
1. 能耗制动控制电路
串励直流电动机的能耗制动分为自励式和他励式两种。 (1)自励式能耗制动 自励式能耗制动是指当电动机断开电源 后，将励磁绕组反接并与电枢绕组和制动电阻串联构成闭合 回路，使惯性运转的电枢处于自励发电状态，产生与原方向 相反的电流和电磁转矩，迫使电动机迅速停转。
SQ1 KM2
R3
R
KM1
SQ2 KM1 KM2
串励直流电动机（作伺服电动机）他励式能耗制动控制电路
QF
L+ L-
SB1
SB2
KM1
合上电源开关
QF
KM1
R1
KM2 M
KM2 R2
直流电动机的启动
直流电动机的启动
直流电动机的启动
直流电动机为什么要限制启动电流？应怎么限制电流？启动过程如何？
限制电流的原因：因为电枢电阻Ra很小，所以直接启动时启动电流很大，通常可达到额定电流的10~20倍。
过大的启动电流会使电网电压下降过多,影响本电网上其他用户的正常用电；使电动机的换向恶化，甚至烧坏电动机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。
因此，除容量很小的电动机以外，一般不允许直接启动。
限制启动电流方法：他励直流电动机通常采用电枢回路串入电阻启动或降低电枢电压的启动方式。
启动开始，接触器S闭合，S1，S2，S3断开，此时额定电压加在回路中总电阻为
Ra+Rst1+Rst2+Rst3,此时，启动电流I1和启动转矩T1均达到最大值，电动机开始旋转，转速沿曲线1特性从a点移动到b点，即转速升至n1，此时转矩降至T2，将S3闭合，即切除电阻Rst3，则工作点由b点跃变到c点，电动机在T1下加速，然后转速沿曲线2增加到n2，再闭合S2，则d点向e点平移，电动机又在T1下加速，e点沿曲线3移动到f 点，转速升至n3，此时闭合S1，电动机将过渡到固有特征曲线上，并加速到h点处于稳定运行，启动过程结束。
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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。
摘要此文主要围绕他励直流电动机电枢回路串电阻分级起动设计方案进行分析，首先对直流电动机的基本工作原理以及其基本结构进行简单介绍，之后对直流电机的机械特性进行分析，主要分析了电枢回路串电阻时的人为机械特性、降低电源电压时的人为机械特性以及减弱励磁磁通时的人为机械特性。
对他励直流电动机的降低电枢电压起动以及增加电枢电阻起动进行分辨，最后进行电枢回路串电阻启动过程分析及其计算，最后设计了他励直流电动机电枢回路串电阻分级起动方案。
关键词：他励直流电动机电枢串电阻启动机械特性目录1直流电动机的基本工作原理 (1)2直流电动机的基本结构 (1)2.1定子部分 (1)2.2转子部分 (2)2.3直流电机的铭牌数据 (2)3直流电机的励磁方式 (3)4直流电动机特点 (4)5直流电机的机械特性 (4)5.1电枢回路串电阻时的人为机械特性 (4)5.2降低电源电压时的人为机械特性 (4)5.3减弱励磁磁通时的人为机械特性 (5)6他励直流电动机 (6)6.1他励直流电动机的机械特性 (6)6.2机械特性方程式 (6)6.3固有机械特性与人为机械特性 (7)7他励直流电动机的起动 (7)7.1降低电枢电压起动 (8)7.2增加电枢电阻起动 (8)7.2.1电枢回路串电阻启动过程分析 (8)7.2.2电枢回路串电阻起动电阻的计算 (9)8他励直流电动机电枢回路串电阻起动设计方案 (10)结论 (12)参考文献 (14)1直流电动机的基本工作原理导体受力方向由左手定则确定。
在第一种情况下，位于N极下的导体受力方向为从右向左，而位于S极下的导体受力方向从左到右。
导体所受电磁力对轴产生一转矩，这种由于电磁作用产生的转矩称为电磁转矩，电磁转矩的方向为逆时针。
当电磁转矩大于阻力矩时，线圈按逆时针方向旋转，当电枢转动到第二个位置时，原位于S极下的导体转到N极下，其受力方向变为从右向左；而原位于N极下的导体转到S极下，导体受力方向变为从左向右，该转矩的方向仍为逆时针方向，线圈在此转矩作用下继续按逆时针方向旋转。
这样虽然导体中流通的电流为交变的，但N极下的导体受力方向和S极下导体的受力方向并未发生变化，电动机在此方向不变的转矩作用下转动。
[1]同直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。
由以上分析可以看出：任何一台电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这一性质称为电机的可逆原理。
电机的可逆原理不仅适用于直流电机，也适用于交流电机。
电机的实际运行方式由外施条件决定，如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。
2直流电动机的基本结构直流电动机和直流发电机的结构基本是相同的，即都有可旋转部分和静止部分。
可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之间存在着气隙。
2.1定子部分定子的作用，在电磁方面是产生磁场和构成磁路，在机械方面是整个电机的支撑。
定子由磁极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承等组成。
a.主磁极主磁极的作用是在定子与转子之间的气隙中建立磁场。
主磁极由主磁极铁芯和放置在铁芯上的励磁绕组构成。
主磁极铁芯分成极身和极靴两部分，极靴的作用是使气隙磁通密度的空间分布均匀并减小气隙磁阻，同时极靴对励磁绕组也起支撑作用。
为减小涡流损耗，主磁极铁芯是用1.0～1.5 mm厚的低碳钢板冲成一定形状，用铆钉把冲片铆紧，然后再固定在机座上。
主磁极上的线圈是用来产生主磁通的，称为励磁绕组。
b.机座直流电机的机座有两种形式，一种为整体机座，另一种为叠片机座。
整体机座是用导磁性能较好的铸钢材料制成的，该种机座能同时起到导磁和机械支撑的作用。
由于机座起导磁作用，因此机座是主磁路的一部分，称为定子铁轭。
主磁极、换向极及端盖均固定在机座上，因此，机座起到了支撑的作用。
一般直流电机均采用整体机座。
叠片机座是用薄钢冲片叠压成定子铁轭，再把定子铁轭固定在一个专门起支撑作用的机座里，这样定子铁轭和机座是分开的，机座只起支撑作用，可用普通钢板制成。
叠片机座主要用于主磁通变化快、调速范围较高的场合。
c.换向极安装在相邻的两个主磁极之间，固定在机座上，用来改善直流电机的换向。
一般电机容量超过1 kW时均应安装换向极。
换向极是由换向极铁芯和换向极绕组组成。
换向极铁芯可根据要求用整块钢制成，也可用1.0～1.5 mm厚的钢板叠成，所有的换向极线圈串联后称为换向极绕组，换向极绕组与电枢绕组串联。
换向极绕组数目一般与主磁极数目相同，但在功率很小的直流电机中，只装主磁极数一半的换向极或不装换向极。
换向极的极性根据换向要求确定。
d.电刷电刷装置的作用是通过电刷和旋转的换向器表面的滑动接触，把转动的电枢绕组与外电路联结起来，并与换向器配合，起到整流或逆变的作用。
电刷装置一般由电刷、刷握、刷杆座和压紧弹簧组成。
e.端盖电机中的端盖主要起支撑作用。
端盖固定在机座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。
[2]2.2转子部分转子又称电枢，是电机的转动部分，是用来产生感应电动势和电磁转矩，从而实现机电能量转换的关键部分。
它包括电枢铁芯、换向器、电机转轴、电枢绕组、轴承和风扇等。
a.电枢铁芯电枢铁芯是主磁路的一部分，同时用来嵌放电枢绕组。
当电机旋转时，为减小电枢铁芯中的磁通变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁芯用涂有绝缘漆的0.5 mm厚的硅钢片叠成。
电枢铁芯冲片上冲有放置电枢绕组的电枢槽、轴孔和通风口。
b.电枢绕组电枢绕组是用绝缘铜线绕制的线圈按一定规律放置在电枢铁芯槽内，并与换向器联结。
电枢绕组是直流电机的重要组成部分，电机工作时线圈中产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换。
c.换向器换向器又称整流子。
对于发电机，换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动势转变为直流电动势向外部输出直流电压；对于电动机，它是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电机旋转。
换向器是由换向片组合而成的，是直流机的关键部件，也是最薄弱的部分。
换向器采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。
换向片的底部做成燕尾形，嵌在含有云母绝缘的V形钢环内，拼成圆筒形套在钢套筒上，相邻的两换向片间以0.6～1.2 mm厚的云母片作为绝缘，最后用螺纹压圈压紧。
换向器固定在转轴的一端。
换向片靠近电枢绕组的部分与绕组引出线间焊接。
[3]2.3直流电机的铭牌数据表征电机额定运行情况的各种数据称为额定值。
额定值一般标注在电机的铭牌上，所以又称为铭牌数据。
它是正确合理使用电机的依据。
铭牌数据主要包括电机型号、额定功率、额定电压、额定电流、额定转速和额定励磁电流及励磁方式等，此外还有电机的出厂数据，如出厂编号、出厂日期等。
国产电机型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分用大写的拼音表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号，第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁芯长度代号。
电机铭牌上所标的数据称为额定数据，具体含义如下：额定功率PN是指在额定条件下电机所能供给的功率。
对于电动机，额定功率是指电动机轴上输出的最大机械功率；对于发电机，额定功率是指电刷间输出的最大电功率。
额定功率的单位为kW。
额定电压UN是指额定工作条件下电机出线端的平均电压。
对于电动机，额定电压是指输入额定电压；对于发电机，额定电压是指输出额定电压。
额定电压的单位为V。
额定电流IN是指电机在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流值。
额定电流的单位为A。
额定转速指对应于额定电流、额定电压，电机运行于额定功率时所对应的转速。
额定励磁电流是指对应于额定电压、额定电流、额定转速及额定功率时的励磁电流。
额定励磁电流的单位为A。
励磁方式是指直流电机的励磁线圈与其电枢线圈的联结方式。
根据电枢线圈与励磁线圈的联结方式不同，直流电机励磁有并励、串励、他励和复励等方式。
在电机的铭牌上还标有其他数据，如励磁电压、出厂日期、出厂编号等。
额定值是选用或使用电机的主要依据。
电机在运行时的各种数据可能与额定值不同，由负载大小决定。
若电机的电流正好等于额定值，称为满载运行；若电机的电流超过额定值，称为过载运行；若比额定值小得多，称为轻载运行。
长期轻载运行使电机的容量不能充分利用。
故在选择电机时，应根据负载的要求，尽可能使电机运行在额定值附近。
[4]3直流电机的励磁方式由直流电机的基本工作原理可知，电枢旋转切割气隙中的磁力线而感应电动势，电枢电流与气隙中的磁场相互作用而产生电磁转矩，因而气隙磁场是电机进行机电能量转换的媒介。
直流电机的气隙磁场是在主磁极的励磁绕组中通以直流电流建立的。
所以直流电机有两种基本绕组，即励磁绕组和电枢绕组。
励磁绕组和电枢绕组之间的联结方式称为励磁方式。
励磁方式不同，电机的运行特性有很大的差异。
[5]直流电机的励磁方式可分为他励、并励、串励和复励四类。
a.他励电机他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个相互独立的电源供电。
励磁电流If的大小仅决定于励磁电源的电压和励磁回路的电阻，而与电机的电枢电压及负载基本无关。
b.并励电机并励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组并联，由同一电源供电。
励磁电流一般为额定电流的5%，要产生足够大的磁通需要有较多的匝数，所以并励绕组匝数多，导线较细。
并励式直流电动机一般用于恒压系统。
中小型直流电动机多为并励式。
c.串励电机串励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联。
励磁电流与电枢电流相同，数值较大，因此，串励绕组匝数很少，导线较粗。
串励式直流电动机具有很大的起动转矩，但其机械特性很软，且空载时有极高的转速。
串励式直流电动机不准空载或轻载运行。
串励式直流电动机常用于要求起动转矩很大且转速允许有较大变化的负载等。
d.复励电机复励电机的主磁极由两个励磁绕组组成:一个与电枢绕组串联，称为串励绕组；另一个为他磁（或并励）绕组。
通常他磁（或并励）绕组起主要作用，串励绕组起辅助作用。
若串励绕组和他励（或并励）绕组的磁动势方向相同，称为积复励；该型电机多用于要求起动转矩较大，转速变化不大的负载。
由于积复励式直流电动机在两个不同旋转方向上的转速和运行特性不同，因此不能用于可逆驱动系统中。
若串励绕组和并励（或他励）绕组的磁动势方向相反，称为差复励；差复励式直流电动机一般用于起动转矩小，而要求转速平稳的小型恒压驱动系统中。