東南大學電工電子實驗中心

實驗報告

課程名稱:機電實驗

第三次實驗

實驗名稱：直流機電啟動及反轉

院（系）：自動化學院專業(yè)：自動化

姓名：學號：

實驗室：羅克?韋爾自動化實驗室

實驗時間：2022年4月20日

評定成績：審閱教師：

實驗三直流機電啟動及反轉

一、實驗知識點

1.直流電動機

直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機。因其良好的調速性能而在電力拖動中

得到廣泛應用。

(1)基本構造

分為兩部份：定子與轉子。1

定子包括：全磁極，機座，換向極，電刷裝置等。

轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。

轉子組成：直流電動機轉子部份由電樞鐵芯、電樞、換向器等裝置組成.

①電樞鐵芯部份：具作用是嵌放電樞繞組和顛末磁通，為了下降機電工作時電樞鐵芯中

發(fā)作的渦流損耗和磁滯損耗。

②電樞部份：作用是發(fā)作電磁轉矩和感應電動勢，而進行能量變換。電樞繞組有許多線

圈或者玻璃絲包扁鋼銅線或者強度漆包接。

③換向器又稱整流子，在直流電想法中，它的作用是將電刷工的直流電源電流變換成電

樞繞組內的溝通電流，是電磁轉矩的傾向穩(wěn)定不變，在直流發(fā)機電中，它將電樞繞組溝通電

動勢變換為電刷端上輸出地直流電動勢。

分類(按勵磁方式分類

①他勵直流電動機

勵磁繞組與電樞繞組無聯接關系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電動機稱為

他勵直流電動機，永磁直流電動機也可看做他勵或者自激直流電動機，普通直接稱作勵磁方

式為永磁。

②并勵直流電動機

并勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯，作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞

共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。

③串勵直流電動機

串勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯后，再接于直流電源。這種宜流電動機的勵

磁電流就是電樞電流。

④復勵直流電動機

復勵直流電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組。若串勵繞組產生的磁通勢與并勵繞組產生

的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。

1

（3）工作原理

直流電動機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線

圈與磁場平行時;再繼續(xù)轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替

接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以機電能保持1個方向

轉動。

感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向于?心，大拇指指向導體運動方向，其他

四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。

導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成為r作用于電樞一個力矩，這個力

矩在旋轉機電里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。

如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由磨擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩）

,電樞

（）特點

④而逮隹篦殍二I

所謂“調速性能”，是指電動機在二定負我的條件下，根據需要，人為地改變電動機的

轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。

②起動力矩大。

可以均勻而經濟地實現轉速調節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或者要求均勻調節(jié)轉速的

機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。

③易于控制。

（應用

①軋鋼機、電氣機車、中大型龍門刨床等調速范圍大的大型設備。

②用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。

2

2.他勵直流電動機的起動

電動機轉子從靜止狀態(tài)開始轉動，轉速逐漸上升，最后達到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程稱為啟

動。

電動機在啟動過程中，電樞電流1、電磁轉矩err、轉速n都隨時間變化，是一個過

渡過程。開始啟動的一瞬間，轉速等于零，這時的電樞電流稱為啟動電流，用L表示，對

應的電磁轉矩稱為啟動轉矩，用丁加表示。

普通對直流電動機的啟動有如下要求。

①啟動轉矩足夠大(T>!電動機才干順利啟動)。

stL

②啟動電流1要限制在一定的范圍內。

③啟動設備操作方便，啟動時間短，運行可靠，成本低廉。

直接啟動

直接啟動就是在他勵直流電動機的電樞上直接加以額定電壓的啟動方式，如圖1所示。

啟動時，先合Q1建立磁場，然后合Q2全壓啟動。

啟動開始瞬間，由于機械慣性，電動機轉速n=o電樞繞組感應電動勢勢Ea=Ce(Dn=°。

由電動勢平衡方程式U=E+IR，可知：

I11caaa

起動電流?=U/R

stNa

起動轉矩T=C(I)I

stTst

顯然直接啟動時啟動電流將達到很大的數值，將浮現強烈的換向火花，造成換向艱難，

還可能引起過流保護裝置的誤動作或者引起電網電壓的下降，影響其他用戶的正常用電；啟

動轉矩也很大，造成機械沖擊，易使設備受損。因此，除個別容量很小的電動機外，普通

直流電動機是不容許直接啟動的。

對于普通的他勵直流電動機，為了限制啟動電流，瓦以采用電樞回路串聯電阻或者降

低電樞電壓啟動的啟動方法。

圖1他勵直流電動機的全壓心動

Rpf

圖他勵直流電動機串電阻啟動的機械特性

（）電樞回路串電阻啟動I

電樞回路串電阻啟動即啟動時在電樞回路串入電阻，以減小啟動電流st電動機啟動

后，再逐漸切除電阻，以保證足夠的啟動轉矩。

圖為三級電阻啟動控制接線和啟動工作特性示意圖。電動機啟動前，應使勵磁回路附

加電阻為零，以使磁通達到最大值，能產生較大的啟動轉矩。

U

啟動開始瞬間，電樞電路中接入全部啟動電阻，啟動電流?st—R+R+“R+R

a123

達到最大值，隨著電動機轉速的不斷增加，電樞電流和電磁轉矩將逐漸減小，電動機沿著曲

線的箭頭所指的方向變叱。

當轉速升高至n,電流降至圖中點）時，接觸器觸頭閉合，將電阻短

1Si乙

接，由于機械慣性轉速不能突變，電動機將瞬間過渡到特性曲線上的點（點的位置可

由所串電阻的大小控制），電動機又沿曲線的箭頭繼續(xù)加速。

當轉速升高至n,電流又降至（圖中點）時，接觸器觸頭閉合，招電阻

短接，由于機械慣性轉速不能突變，電動機將瞬間過渡到特性曲線上的點，電動機

又沿曲線的箭頭繼續(xù)加速。

當轉速升高至n,電流又降至〔st2（圖中點）時，接觸器觸頭閉合，將電阻

3

短接，由于機械慣性轉速不能突變，電動機將瞬間過渡到固有特性曲線上的點,，電

動機又沿曲線的箭頭繼續(xù)加速，最后穩(wěn)定運行在固有特性曲線上的點，啟動過程結束。

4

電樞串電阻啟動設備簡單，操作方便，但能耗較大，它不宜用于頻繁后動的大、中型電

動機，可用于小型電動機的啟動。

降低電樞電壓啟動

降低電樞電壓啟動，即啟動前將施加在電動機電樞兩端的電源電壓降低，以減小啟動

電流，電動機啟動后，再逐漸提高電源電壓，使啟動電磁轉矩維持在一定數值，保證電動

機按需要的加速度升速，其接線原理和啟動工作特性如圖所示。

較早采用發(fā)機電電動機組實現電壓調節(jié)，現已逐步被晶閘管可控整流電源所取代。這

種啟動方法需要專用電源.投資較大，但啟動電流小，后動轉矩容易控制，啟動平穩(wěn)，啟動

能耗小，是一種較好的啟動方法。

調

壓

電

源

Q)接線圖

圖他勵直流電動機降壓時的機械特性

他勵直流電動機的反轉

要使電動機反轉，必須改變電磁轉矩的方向，而電磁轉矩的方向由磁通方向和電樞電流

的方向決定。

所以，只要將磁通或者勵磁電流任意一個參數改變方向，電磁轉矩即可改變方向。

在控制時，通常直流電動機的反轉實現方法有兩種：

()改變勵磁電流方向

保持電樞兩端電壓極性不變，將勵磁繞組反接，使勵磁電流反向，磁通即改變方向。

()改變電樞電壓極性

保持勵磁繞組兩端的電壓極性不變，將電樞繞組反接，電樞電流即改變方向。

5

由于他勵直流電動機的勵磁繞組匝數多，電感大，勵磁電流從正向額定值變到反向額定

值的時間長，反向過程緩曼，而且在勵磁繞組反接斷開瞬間，繞組中將產生很大的自感電動

勢，可能造成絕緣擊穿，所以實際應用中大多采用改變電樞電壓極性的方法來實現電動機的

反轉。

但在電動機容量很大，對反轉速度變化要求不高的場合，為了減小控制電器的容量，可

采用改變勵磁繞組極性的方法實現電動機的反轉。

二、實驗內容

電路圖

操作步驟

()按電路圖連線，將逆時針旋轉到底，阻值達到最大;

()先合，產生勵磁；

()再合，產生；

()將逐漸順時針旋轉，阻值逐漸減小到零；

()先拉：

()再拉；

()斷開電源，拆線整理器材。

6

實驗結果

()合，產生勵磁；

()再合，此時電壓表有示數；

()減小的過程中，啟動電阻逐漸減小到零;

()拉下后，后動電阻又逐漸增大。

數據記錄：時，

三、問題思量

轉速表的種類

轉速儀表經過多年的發(fā)展已經形成為了多個種類。轉速儀表按照工作原理和.工作方式不同，

可以分為離心式轉速表、磁性轉速表、電動式轉速表、磁電式轉速表、閃光式轉速表和電

子式轉速表等幾個種類。

、離心式轉速表

離心式轉速表是以離心力和拉力的平衡為原理來測量機電轉速的。離心式轉速表的測星精度

較低，普通在到級，包易于安裝、便于使用。離心式轉速表的優(yōu)點是測量直觀、讀數方

便、運行穩(wěn)定、可靠性好，缺點則是結構復雜。

、磁性轉速表

磁性轉速表是以旋轉磁場為原理來測量機電轉速的一類轉速表。磁性轉速表在測量轉速時，

會根據轉速產生的旋轉力大小，與游絲力進行平衡，以指示轉速值。磁性轉速表的結構簡單，

使用方便，多用于摩托車和汽車等設備使用。

、電動式轉速表

電動式轉速表是測量方式，是將小型交流電動機的轉速，保持與被測軸轉速一致，而磁性轉

速頭乂和小型交流電同軸轉動，這樣磁性轉速頭所指示的轉速就是被測軸的轉速。電動式轉

速表合用于異地安裝，有良好的抗震性，多用于柴油機和船舶等設備的轉速測量。

、磁電式轉速表

磁電式轉速表是利用磁阻元件完成轉速測量的一種轉速表。磁電式轉速表的工作原理，是磁

阻的阻抗值隨磁場強弱而變化，當被測軸的齒輪接近磁電式轉速表時，齒輪的齒頂與齒谷會

令磁場變化，這樣磁電式轉速表就能通過對電阻變化的測量來反