項(xiàng)目1

直流電機(jī)應(yīng)用與維護(hù)任務(wù)1.1認(rèn)識(shí)直流電機(jī)作用及結(jié)構(gòu)任務(wù)分析近日，某電機(jī)修理廠與曲軸廠簽約。曲軸廠有40余臺(tái)大型直流電機(jī)的修理、保養(yǎng)工作。這是該電機(jī)修理廠近期承擔(dān)的直流電機(jī)維修項(xiàng)目之一，作為維修工程師需對(duì)直流電機(jī)作用及結(jié)構(gòu)有正確認(rèn)識(shí)。因此，本次任務(wù)需要學(xué)習(xí)直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成，能夠完成直流電機(jī)的拆裝、讀懂直流電機(jī)的銘牌典型直流電機(jī)知識(shí)目標(biāo):1.了解直流電機(jī)的作用和應(yīng)用場(chǎng)合。2.能夠說(shuō)出直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。3.能夠復(fù)述直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)及其意義。4.能夠熟練解讀直流電機(jī)的磁場(chǎng)和電樞反應(yīng)。5.能夠說(shuō)出直流電機(jī)的換向問(wèn)題。技能目標(biāo):1.能夠按照相關(guān)行業(yè)規(guī)范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行拆卸及安裝。2.正確使用儀表儀器對(duì)直流電機(jī)絕緣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。3.能夠正確解讀直流電機(jī)的銘牌含義。4.能夠分析直流電機(jī)的電樞反應(yīng)和換算問(wèn)題。素養(yǎng)目標(biāo):1.在任務(wù)實(shí)施中養(yǎng)成規(guī)范操作和安全作業(yè)意識(shí)。2.在操作中樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、追求卓越的工匠精神。3.在小組活動(dòng)中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。知識(shí)準(zhǔn)備直流電機(jī)基本原理

直流電機(jī)（directcurrentmachine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。與交流電機(jī)相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運(yùn)行維護(hù)較困難。但直流電機(jī)調(diào)速性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，在啟動(dòng)和調(diào)速要求較高的場(chǎng)合，仍獲得廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)直流電機(jī)外形如圖1-1所示。圖1-1各種直流電機(jī)外形直流電機(jī)基本原理

完成任務(wù)首先要熟悉直流電機(jī)的組成機(jī)構(gòu)和工作原理、記住相關(guān)的結(jié)構(gòu)形狀，熟悉其工作原理，才能認(rèn)識(shí)直流電機(jī)作用及結(jié)構(gòu)，完成銘牌識(shí)讀，設(shè)備選型以及故障的診斷。直流電機(jī)基本原理

1.直流電機(jī)結(jié)構(gòu)原理直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大基本部分組成。如圖1-2所示。圖1-2直流電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-機(jī)座2-主磁極3-轉(zhuǎn)軸4-電樞鐵芯5-換向極6-電樞繞組7-換向器8-電刷裝置（一）定子

直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。（二）轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵芯、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。2.直流電機(jī)工作原理（1）直流電機(jī)的工作原理圖1-4直流電機(jī)模型圖1-5換向器在直流電機(jī)中的作用2.直流電機(jī)工作原理（2）直流發(fā)電機(jī)的工作原理圖1-6直流發(fā)電機(jī)工作原理2.直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，也可作電機(jī)運(yùn)行，這就是直流電機(jī)的可逆原理。如果原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電磁感應(yīng)，便將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，供給負(fù)載，這就是發(fā)電機(jī):如果由外部電源供給電機(jī)，由于載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的作用產(chǎn)生電磁力，建立電磁轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，又成為了電機(jī)。3.直流電機(jī)的勵(lì)磁方式圖1-7直流電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖a)他勵(lì)b)并勵(lì)c)串勵(lì)d)復(fù)勵(lì)任務(wù)實(shí)施

修身

強(qiáng)體

博學(xué)

感恩準(zhǔn)備元器件、工具，如表1-1所示。序號(hào)元器件和工具型號(hào)與規(guī)格數(shù)量單位備注1常用電工工具驗(yàn)電筆、螺釘旋具（一字和十字）電工刀、尖嘴鉗、鋼絲鉗、壓線鉗等

1

套

2萬(wàn)用表MF47、DT9502或自定1塊

3直流電機(jī)Z4-112/2-11臺(tái)

4各類(lèi)扳手套筒扳手、開(kāi)口扳手等1套

5拉馬

1套

6木棰

1把

7撬棍

1根

1.直流電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)每臺(tái)直流電機(jī)的機(jī)座上都有一個(gè)銘牌，其上標(biāo)有電機(jī)型號(hào)和各項(xiàng)額定值，用以表示電機(jī)的主要性能和使用條件，圖1-8為某臺(tái)直流電機(jī)的銘牌。圖1-8某品牌直流電機(jī)銘牌（1）電機(jī)型號(hào)：型號(hào)表明電機(jī)的系列及主要特點(diǎn)。知道了電機(jī)型號(hào)，便可以從相關(guān)手冊(cè)及資料中查出該電機(jī)的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)。型號(hào)Z4-180-41的含義如下（2）額定功率PN(W,kW)：指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的輸出功率，對(duì)發(fā)電機(jī)是指輸出電功率；對(duì)電機(jī)是指軸上輸出的機(jī)械功率。（3）額定電壓UN(V,kV)：指額定運(yùn)行狀態(tài)下，直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓或直流電機(jī)的輸入電壓。（4）額定電流IN(A,kA)：指額定電壓和額定負(fù)載時(shí)允許電機(jī)長(zhǎng)期輸入（電機(jī)）或輸出（發(fā)電機(jī)）的電流。（5）額定轉(zhuǎn)速nN(r/min)：指電機(jī)在額定電壓和額定負(fù)載時(shí)的旋轉(zhuǎn)速。此外銘牌上通常還標(biāo)有勵(lì)磁方式、額定勵(lì)磁電壓UfN(V,kV)、額定勵(lì)磁電流IfN(A,kA)和絕緣等級(jí)等參數(shù)。2.直流電機(jī)的拆裝工藝在拆卸直流電機(jī)前應(yīng)在端蓋與機(jī)座的連接處、刷架等處做好明顯的標(biāo)記，以便裝配。拆卸步驟如圖1-9所示：圖1-9直流電機(jī)的拆卸圖拆卸步驟要求：（1）拆除電機(jī)接線盒內(nèi)的連接線。（2）拆下?lián)Q向器端蓋(后端蓋)上通風(fēng)窗的螺栓，打開(kāi)通風(fēng)窗，從刷握中取出電刷拆下接到刷桿上的連接線。（3）拆下?lián)Q向器端蓋的螺栓、軸承蓋螺栓，并取下軸承外蓋。（4）拆卸換向器端蓋。拆卸時(shí)在端蓋下方墊上木板等軟材料，以免端蓋落下時(shí)碰裂用手錘通過(guò)銅棒沿端蓋四周邊緣均勻地敲擊。拆卸步驟要求：（5）拆下軸前端蓋的螺栓，把連同端蓋的電樞從定子內(nèi)小心地抽出，注意不要碰傷電樞繞組、換向器及磁極繞組，并用厚紙或布將換向器包好，用繩子扎緊。（6）拆下前端蓋上的軸承蓋螺栓，并取下軸承外蓋。（7）將連同前端蓋在內(nèi)的電樞放在木架上或木板上，并用紙或布包好。直流電機(jī)維護(hù)或修復(fù)后的裝配順序與拆卸順序相反，并要按所做標(biāo)記校正電刷的位置。3.直流電機(jī)結(jié)構(gòu)識(shí)讀（1）根據(jù)實(shí)物結(jié)合圖1-2寫(xiě)出直流電機(jī)各部分名稱并填入表1-2。（2）拆開(kāi)直流電機(jī)的外殼，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并將各部分作用記錄在表1-2中。（3）實(shí)訓(xùn)完成后，按照要求將直流電機(jī)安裝復(fù)原，并整理好工具及工位，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查無(wú)誤后方可離開(kāi)。任務(wù)考評(píng)

修身

強(qiáng)體

博學(xué)

感恩根據(jù)班級(jí)人數(shù)先分組，然后進(jìn)行任務(wù)實(shí)施，實(shí)施過(guò)程中的考評(píng)細(xì)節(jié)參見(jiàn)表1-3。項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)自評(píng)互評(píng)自評(píng)互評(píng)平均分總分工作任務(wù)（40分）了解直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)并正確說(shuō)明原理（4分）

了解直流電機(jī)主磁極的組成及用途（4分）

了解直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的組成及各部分用途（4分）

了解電刷和換向器的原理、結(jié)構(gòu)及用途（4分）

能按要求拆裝直流電機(jī)，辨識(shí)其銘牌信息及各組成部分并正確說(shuō)明其作用（24分）

職業(yè)素養(yǎng)（15分）工作服整潔、無(wú)飾品或硬質(zhì)件（5分）

正確查閱維修資料和學(xué)習(xí)材料（5分）

8S素養(yǎng)（5分）

個(gè)人思考和總結(jié)(5分）按照完成任務(wù)的安全、質(zhì)量、時(shí)間和8S要求，提出個(gè)人改進(jìn)性建議（5分）

教師評(píng)價(jià)(40分）

教師評(píng)分

課后習(xí)題

修身

強(qiáng)體

博學(xué)

感恩1.直流電機(jī)有哪些勵(lì)磁方式？分別是什么？2.在換向器上電刷正常應(yīng)當(dāng)置放在什么位置？為什么？3.直流電機(jī)的主要額定值有哪幾個(gè)，直流電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)的額定容量、額定電壓的意義相同嗎？4.直流電機(jī)按勵(lì)磁方式怎樣分類(lèi)？任務(wù)1.2分析直流電機(jī)工作特性及機(jī)械特性知識(shí)目標(biāo)：理解電磁轉(zhuǎn)矩T、電樞電動(dòng)勢(shì)Ea的物理意義及數(shù)學(xué)表達(dá)式。掌握直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性及效率特性。技能目標(biāo)：能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量并繪制直流電機(jī)的工作特性曲線。能推導(dǎo)他勵(lì)直流電機(jī)的工作特性方程。素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)規(guī)范操作意識(shí)，遵守實(shí)驗(yàn)安全規(guī)程。強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析能力，提升工程思維。任務(wù)分析直流電機(jī)的運(yùn)行特性分為工作特性和機(jī)械特性。要分析這兩種特性，首先得掌握直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電動(dòng)勢(shì)和運(yùn)行原理。熟悉他勵(lì)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖和電路圖，記住相關(guān)的運(yùn)行方程式，才能正確推導(dǎo)出直流電機(jī)的工作特性，掌握機(jī)械特性相關(guān)變化規(guī)律。知識(shí)準(zhǔn)備

2.直流電機(jī)的運(yùn)行原理

圖1-10為一臺(tái)他勵(lì)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖和電路圖，電樞電動(dòng)勢(shì)Ea為反電動(dòng)勢(shì)，與電樞電流Ia方向相反；電磁轉(zhuǎn)矩T為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速n的方向一致；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩;T0為空載轉(zhuǎn)矩，方向與n方向相反。

接下來(lái)我們將通過(guò)三個(gè)基本方程式來(lái)了解直流電機(jī)的運(yùn)行原理。a)結(jié)構(gòu)示意圖圖1-10他勵(lì)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖和電路圖b)電路圖

a)結(jié)構(gòu)示意圖圖1-10他勵(lì)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖和電路圖b)電路圖2.直流電機(jī)的運(yùn)行原理

（2）功率平衡方程式直流電機(jī)輸入的電功率是不可能全部轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)換的過(guò)程中存在著各種損耗。按其性質(zhì)可分為機(jī)械損耗Pm，鐵芯損耗PFe，銅損PCu和附加損耗PS四種。機(jī)械損耗Pm：軸與軸承摩擦、電刷與換向器摩擦、通風(fēng)損耗等。這些損耗主要與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，基本為常量。鐵芯損耗PFe：當(dāng)直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞鐵芯因其中磁場(chǎng)反復(fù)變化而產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗稱為鐵芯損耗。銅損PCu：主要由電流通過(guò)電機(jī)線圈時(shí)產(chǎn)生的熱量損失引起，與電流大小和電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化有關(guān)。銅損是電機(jī)內(nèi)部能量損失的主要來(lái)源之一，因此在設(shè)計(jì)和使用中應(yīng)考慮線圈的導(dǎo)體數(shù)量、截?cái)嗝娣e以及電流負(fù)載條件。?附加損耗PS：包括勵(lì)磁損耗、電路損耗等，這些損耗主要來(lái)自于電路中的電感、電容等元件阻礙電流流通，對(duì)電機(jī)性能帶來(lái)額外的影響，減緩電機(jī)的工作效率。2.直流電機(jī)的運(yùn)行原理

上述機(jī)械損耗Pm和鐵芯損耗PFe，在直流電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)，尚未帶負(fù)載時(shí)就存在，故上述兩損耗之和稱為空載損耗P0，即P0=Pm+PFe

(1-5)

由于機(jī)械損耗Pm與鐵芯損耗PFe，都會(huì)產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩將抵消部分拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此這個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩稱為空載轉(zhuǎn)矩T0。而這四種損耗可以構(gòu)成直流電機(jī)的總損耗∑P?！芇=Pm+PFe+PCu+PS

(1-6)2.直流電機(jī)的運(yùn)行原理當(dāng)他勵(lì)直流電機(jī)接上電源時(shí)，電樞繞組流過(guò)的電流為Ia，因此電源向電機(jī)輸入的電功率P1為:P1=UIa(1-7)代入式（1-4）后整理可得：P1=EaIa+Ia2Ra=Pem+PCua(1-8)其中EaIa為電磁功率Pem，Ia2Ra為被電樞繞組消耗的銅損PCua。2.直流電機(jī)的運(yùn)行原理以上分析可知，電機(jī)旋轉(zhuǎn)后，還要克服各類(lèi)摩擦引起的機(jī)械損耗Pm，電樞鐵芯損耗PFe，以及附加損耗PS，而大部分功率從電機(jī)軸上輸出，故電機(jī)輸出的機(jī)械功率P2可表示為：P2=Pem-Pm-PFe-PS

(1-9)忽略附加損耗PS，將式（1-8）代入可得：Pem=P2+P0

(1-10)而根據(jù)能量守恒可知，電源的輸入功率P1應(yīng)為電機(jī)的機(jī)械輸出功率P2加上總損耗∑P。即：P1=P2+∑P

(1-11)

圖1-11他勵(lì)直流電機(jī)功率流程圖

圖1-11他勵(lì)直流電機(jī)的工作特性曲線此式即為轉(zhuǎn)速特性的表達(dá)式。如果忽略電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，則轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流按線性關(guān)系變化，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，轉(zhuǎn)速有所下降。

3.直流電機(jī)的工作特性

從前面敘述可知，空載損耗P0是不隨負(fù)載電流變化的，當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)效率較低，輸入的功率大部分消耗在空載損耗上；當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)效率也增大，輸入的功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載電流大到一定程度時(shí)銅損快速增大此時(shí)效率又開(kāi)始變小。

圖1-12他勵(lì)直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線

斜率隨著串聯(lián)電阻Rpa的增大而增大，所以特性變軟。如圖1-13所示。因此可以用電樞回路串聯(lián)電阻的方式進(jìn)行調(diào)速。圖1-13串接電阻時(shí)的人為特性曲線

圖1-14改變電源電壓時(shí)的人為特性曲線

圖1-15所示為一組減弱磁通的人為機(jī)械特性曲線，隨著Φ減弱，n0升高，曲線斜率變大。若用于調(diào)速，則Φ越小，轉(zhuǎn)速越高。圖1-15改變電源電壓時(shí)的人為特性曲線任務(wù)實(shí)施

修身

強(qiáng)體

博學(xué)

感恩1.設(shè)備及器材校正直流測(cè)功機(jī)，直流電機(jī)，直流電壓、毫安、電流表，可調(diào)電阻器，實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2.任務(wù)要求（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)該進(jìn)行安全檢查，并且要注意避免短路的情況。2)做機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL時(shí)，注意觀察直流電機(jī)電樞電流Ia大小，短時(shí)間運(yùn)行不可超過(guò)1.2IN，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不可超過(guò)IN。（2）數(shù)據(jù)處理要求1)根據(jù)表1-3額定運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，求CeΦ,并根據(jù)表1-3和表1-4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)各個(gè)轉(zhuǎn)速下的電磁轉(zhuǎn)矩。列出計(jì)算CeΦ的過(guò)程。2)在同一張圖上繪制該直流電機(jī)的固有機(jī)械特性曲線和人為機(jī)械特性曲線。說(shuō)明當(dāng)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。（3）實(shí)訓(xùn)完成后，按照要求將設(shè)備復(fù)原，并整理好工具及工位，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查無(wú)誤后方可離開(kāi)。

4.任務(wù)步驟（1）直流電機(jī)的固有機(jī)械特性圖1－16他勵(lì)直流電機(jī)機(jī)械特性接線圖1）按圖1-16接線。直流電機(jī)額定數(shù)據(jù)為：PN=80W，UN=220V，IN=0.5A,nN=1500r/min。直流測(cè)功機(jī)MG按他勵(lì)發(fā)電機(jī)連接，在此作為直流電機(jī)M的負(fù)載。RL電阻值調(diào)到最大。2）按啟動(dòng)步驟啟動(dòng)電機(jī)M。調(diào)節(jié)電樞電源的電壓（V1）為220V，Rc調(diào)至零。4.任務(wù)步驟（1）直流電機(jī)的固有機(jī)械特性圖1－16他勵(lì)直流電機(jī)機(jī)械特性接線圖3）合上開(kāi)關(guān)S，同時(shí)配合調(diào)節(jié)（減?。┴?fù)載電阻RL和調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電阻Rf，使電機(jī)達(dá)到額定運(yùn)行狀態(tài)：U（V1）＝UN，I（A1）＝IN，n＝nN。此時(shí)M的勵(lì)磁電流If即為電機(jī)額定勵(lì)磁電流IfN。在以后的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保持Rf不變，即保持勵(lì)磁電流IfN不變(則CeΦ近似不變)。4.任務(wù)步驟（1）直流電機(jī)的固有機(jī)械特性圖1－16他勵(lì)直流電機(jī)機(jī)械特性接線圖4）保持V1＝UN，Rf不變的條件下，逐次減小電機(jī)負(fù)載（增大電阻RL）。測(cè)取電機(jī)電樞輸入電流Ia（A1），轉(zhuǎn)速n0共取數(shù)據(jù)7-10組，記錄于表1-3中。注意：最后一定測(cè)量一組S斷開(kāi)（即電機(jī)空載時(shí)）的數(shù)據(jù)。4.任務(wù)步驟（1）直流電機(jī)的固有機(jī)械特性表1-3:固有機(jī)械特性V1＝UN＝

VRc=0A2=IfN=

mA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

12345678910Ia（A）

n（r/min）

計(jì)算數(shù)據(jù)Te（N·m）

4.任務(wù)步驟（2）直流電機(jī)的人為機(jī)械特性：1）在固有機(jī)械特性接線不動(dòng)情況下，保持電樞電源電壓（220V）不變，保持勵(lì)磁回路串電阻Rf不變，把電樞回路電阻調(diào)到最大，重新啟動(dòng)電機(jī)（先合勵(lì)磁后合電樞），電機(jī)啟動(dòng)后，調(diào)節(jié)電樞回路所串電阻Rc到1/2位置（目測(cè)），并保持在此位置，進(jìn)行下面項(xiàng)目。2）調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，使電機(jī)電樞電流Ia（A1）=IN。3）逐次增大負(fù)載電阻RL，減小電機(jī)負(fù)載，測(cè)取電機(jī)電樞輸入電流Ia（A1），轉(zhuǎn)速n，電樞電壓Ua（V2）。共取數(shù)據(jù)9-10組，記錄于表1-4中。注意：最后一定測(cè)量一組S斷開(kāi)（即電機(jī)空載時(shí)）的數(shù)據(jù)。4.任務(wù)步驟（2）直流電機(jī)的人為機(jī)械特性表1-4:人為機(jī)械特性V1＝UN＝

VA2=IfN=

mA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

12345678910Ia（A）

n（r/min）

計(jì)算數(shù)據(jù)Te（N·m）

任務(wù)考評(píng)

修身

強(qiáng)體

博學(xué)

感恩根據(jù)班級(jí)人數(shù)先分組，然后進(jìn)行任務(wù)實(shí)施，實(shí)施過(guò)程中的考評(píng)細(xì)節(jié)參見(jiàn)表1-5。項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)自評(píng)互評(píng)自評(píng)互評(píng)平均分總分工作任務(wù)（40分）了解直流電機(jī)的固有機(jī)械特性測(cè)量方法并說(shuō)明原理（5分）

了解直流電機(jī)的人為機(jī)械特性測(cè)量方法并說(shuō)明原理（5分）

能按任務(wù)要求操作電機(jī)并正確測(cè)量數(shù)據(jù)（15分）

能根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)正確完成數(shù)據(jù)處理（15分）

職業(yè)素養(yǎng)（15分）工作服整潔、無(wú)飾品或硬質(zhì)件（5分）

正確查閱維修資料和學(xué)習(xí)材料（5分）

8S素養(yǎng)（5分）

個(gè)人思考和總結(jié)(5分）按照完成任務(wù)的安全、質(zhì)量、時(shí)間和8S要求，提出個(gè)人改進(jìn)性建議（5分）

教師評(píng)價(jià)(40分）

教師評(píng)分

課后習(xí)題

修身

強(qiáng)體

博學(xué)

感恩1.試寫(xiě)出直流電機(jī)的基本方程式,它們的物理意義各是什么?2.什么叫直流電機(jī)的機(jī)械特性？寫(xiě)出直流電機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式。3.什么是直流電機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性？勵(lì)磁電流不變時(shí)，電樞電流與電磁轉(zhuǎn)矩間是什么關(guān)系？任務(wù)1.3直流電機(jī)運(yùn)行控制知識(shí)目標(biāo):

1.掌握直流電機(jī)的啟動(dòng)方法。2.掌握直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)方法。3.了解直流電機(jī)的調(diào)速方法。技能目標(biāo):1.能正確操作直流電機(jī)的啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)；2.能基本操作直流電機(jī)的調(diào)速。素養(yǎng)目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成自覺(jué)遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),操作規(guī)范化和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作習(xí)慣，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。任務(wù)分析直流電動(dòng)機(jī)在需要寬范圍調(diào)速的場(chǎng)合或要求有特殊運(yùn)行性能的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，一直占有十分重要的地位。比如需要改變工作速度，如龍門(mén)刨床，由于工件的材料和精度的要求不同，工作速度也就不同；又如軋鋼機(jī)，因軋制不同品種和厚度的鋼材，要采取不同的最佳速度。因此我們需要在本次任務(wù)中掌握電機(jī)的啟動(dòng)控制和不同的調(diào)速方法。知識(shí)準(zhǔn)備

1.他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)(1)直接啟動(dòng)因?yàn)殡姌须娮韬苄。灾苯訂?dòng)電流將達(dá)到很大的數(shù)值，可達(dá)到額定電流的10～20倍。過(guò)大的啟動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓的下降；使電機(jī)的換向嚴(yán)重惡化，甚至燒壞電機(jī)；同時(shí)過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩會(huì)損壞電樞繞組和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。因此，除了個(gè)別容量很小的電機(jī)外，一般直流電機(jī)是不允許直接啟動(dòng)的。

1.他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)(2)電樞回路串電阻啟動(dòng)圖1-17他勵(lì)直流電機(jī)電樞回路串電阻啟動(dòng)控制主電路圖圖1-17為他勵(lì)直流電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)電路圖。圖中Rst1、Rst2、Rst3、Rst4為各級(jí)串入的啟動(dòng)電阻，KM為電樞線路接觸器，KM1~KM4為啟動(dòng)接觸器，用它們的常開(kāi)主觸頭來(lái)短接各段電阻。1.他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)(2)電樞回路串電阻啟動(dòng)圖1-18他勵(lì)直流電機(jī)電樞回路串電阻啟動(dòng)控制機(jī)械特性曲線啟動(dòng)過(guò)程機(jī)械特性如圖1-18所示。在電機(jī)勵(lì)磁繞組通電后，再接通線路接觸器KM線圈電路，其常開(kāi)觸頭閉合，電機(jī)接上額定電壓U，此時(shí)電樞回路串入全部啟動(dòng)電阻R4=Ra+Rst1+Rst2+Rst3+Rst4啟動(dòng)，啟動(dòng)電流Ist1=UN/R4，產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst1>TL(設(shè)TL=TN)。電機(jī)從a點(diǎn)開(kāi)始啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速沿特性曲線上升至b點(diǎn)，隨著轉(zhuǎn)速上升，反電動(dòng)勢(shì)Ea=CeΦn上升，電樞電流減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，當(dāng)減小至Tst2時(shí)，接觸器KM1線圈通電吸合，其觸頭閉合，短接第1級(jí)啟動(dòng)電阻Rst4，電機(jī)由R4的機(jī)械特性切換到R3(R3=

Ra+Rst1+Rst2+Rst3)的機(jī)械特性。1.他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)(2)電樞回路串電阻啟動(dòng)圖1-18他勵(lì)直流電機(jī)電樞回路串電阻啟動(dòng)控制機(jī)械特性曲線切換瞬間，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，電動(dòng)勢(shì)Ea保持不變，電樞電流將突然增大、轉(zhuǎn)矩也成比例突然增大，恰當(dāng)?shù)倪x擇電阻，使其增加至Tst1，電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)從b點(diǎn)過(guò)渡至c點(diǎn)。從c點(diǎn)沿cd曲線繼續(xù)加速到d點(diǎn)，KM2觸頭閉合，切除第2級(jí)啟動(dòng)電阻Rst3，電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)從d點(diǎn)過(guò)渡到e點(diǎn)，電機(jī)沿ef曲線加速，如此周而復(fù)始，依次使接觸器KM3、KM4觸頭閉合，電機(jī)由a點(diǎn)經(jīng)b、c、d、e、f、g、h點(diǎn)到達(dá)i點(diǎn)。此時(shí)，所有啟動(dòng)電阻均被切除，電機(jī)進(jìn)入固有機(jī)械特性曲線運(yùn)行并繼續(xù)加速至k點(diǎn)。在k點(diǎn)T=TL，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。1.他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)(2)電樞回路串電阻啟動(dòng)圖1-18他勵(lì)直流電機(jī)電樞回路串電阻啟動(dòng)控制機(jī)械特性曲線由上分析可知，為使電機(jī)啟動(dòng)時(shí)獲得均勻加速，減少機(jī)械沖擊，應(yīng)合理選擇各級(jí)啟動(dòng)電阻，以使每一級(jí)切換轉(zhuǎn)矩Tst1、Tst2數(shù)值相同。一般Tst1=(1.5~2.0)TN，Tst2=(1.1~1.3)TN。1.他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)(3)降壓?jiǎn)?dòng)當(dāng)直流電源電壓連續(xù)可調(diào)或針對(duì)大功率的直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，可以采用降壓方法啟動(dòng)。其基本原理是：?jiǎn)?dòng)時(shí)，以較低的電源電壓?jiǎn)?dòng)電機(jī)，啟動(dòng)電流便隨電壓的降低而正比減小。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，反電動(dòng)勢(shì)逐漸增大，再逐漸提高電源電壓，使啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持一定的數(shù)值，從而保證電機(jī)按所需加速度升速。降壓?jiǎn)?dòng)多用于要求經(jīng)常啟動(dòng)的電機(jī)和大、中型直流電機(jī)。雖然需要專門(mén)電源，設(shè)備投資大，但它啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)過(guò)程中能量損耗小，因而得到了廣泛的應(yīng)用。1.他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)（4）直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)使用直流電機(jī)的許多設(shè)備，常常要求電機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，如龍門(mén)刨床工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、電車(chē)的前進(jìn)和后退等。直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通和電樞電流相互作用而產(chǎn)生的，改變?nèi)我舛咧坏姆较颍涂梢愿淖冸姶呸D(zhuǎn)矩的方向。使直流電機(jī)反轉(zhuǎn)的方法有兩種：①保持電樞兩端電壓極性不變，把勵(lì)磁繞組反接，使通過(guò)的勵(lì)磁電流方向改變。②保持勵(lì)磁繞組電流方向不變，把電樞繞組反接，使通過(guò)它的電流反向。如果，兩電流方向同時(shí)改變，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變。

2.他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速(1)電樞回路串電阻調(diào)速對(duì)已經(jīng)出廠的電機(jī)，它的電樞電阻是一定的，但是可以在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)可變電阻來(lái)調(diào)速，其接線原理圖與圖1-17串聯(lián)電阻器啟動(dòng)原理圖相同。調(diào)速變阻器可以作為啟動(dòng)變阻器用，相反，啟動(dòng)變阻器卻不能作為調(diào)速變阻器用。原因是啟動(dòng)變阻器按短時(shí)間接通工作設(shè)計(jì)的，不能夠長(zhǎng)時(shí)間通電使用。這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是：①電機(jī)只能得到比自然機(jī)械特性更陡的機(jī)械特性，轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，且為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。②低速時(shí)，調(diào)速電阻上通過(guò)較大的電流，使電機(jī)效率降低。③如果負(fù)載稍有變動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)有較大的變化，對(duì)于要求恒轉(zhuǎn)速的負(fù)載不利。2.他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速(2)改變勵(lì)磁磁通調(diào)速圖1-19變磁通調(diào)速接線原理圖變磁通調(diào)速一般是增大勵(lì)磁回路電阻，使磁通減小，轉(zhuǎn)速上升，其接線原理圖如圖1-19所示。在勵(lì)磁回路中串聯(lián)一只調(diào)速電阻RP1，當(dāng)電樞回路附加電阻

RP2=0時(shí)，調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路電阻RP1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是：①可得到無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。②勵(lì)磁電流小能量消耗少，調(diào)速范圍大，高速等于3～4倍低速。③調(diào)速后的機(jī)械特性較硬，轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定，屬恒功率調(diào)速。2.他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速(2)改變勵(lì)磁磁通調(diào)速圖1-19變磁通調(diào)速接線原理圖缺點(diǎn)是：只能使轉(zhuǎn)速升高.不能獲得低于自然機(jī)械特性以下的轉(zhuǎn)速。如果改變電樞電壓和改變勵(lì)磁回路電阻兩種方法配合使用，可以得到很廣的調(diào)速范圍。在調(diào)速性能要求較高的機(jī)械設(shè)備上多采用這種方法。2.他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速(3)降低電源電壓調(diào)速?gòu)碾姍C(jī)的機(jī)械特性可知，降低電樞的端電壓，也可相應(yīng)地提高或降低直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用這種方式調(diào)速時(shí)，應(yīng)注意保持勵(lì)磁電流不變，只改變電樞電壓。因此需要可變電壓的直流電源。近幾年來(lái)，晶閘管整流設(shè)備作為可調(diào)電壓的電流電源已經(jīng)普遍使用，采用這種方法調(diào)速比較方便。這種調(diào)速方法的特點(diǎn)是：①可以平滑調(diào)速，且調(diào)速范圍寬，但構(gòu)成系統(tǒng)的設(shè)備較復(fù)雜。②機(jī)械特性較硬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。③轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，不能調(diào)高，也是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。任務(wù)實(shí)施

修身

強(qiáng)體

博學(xué)

感恩1.設(shè)備及器材校正直流測(cè)功機(jī)，直流電機(jī)，直流電壓、毫安、電流表，可調(diào)電阻器，實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2.任務(wù)要求（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1）他勵(lì)直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，須將勵(lì)磁回路串聯(lián)的電阻Rf調(diào)至最小(特殊要求除外)，先接通勵(lì)磁電源,使勵(lì)磁電流最大，同時(shí)必須將電樞串聯(lián)啟動(dòng)電阻Rc調(diào)至最大，然后方可接通電樞電源。使電機(jī)正常啟動(dòng)。啟動(dòng)后，將啟動(dòng)電阻Rc調(diào)至零，使電機(jī)正常工作。2）他勵(lì)直流電機(jī)停機(jī)時(shí)，必須先切斷電樞電源，然后斷開(kāi)勵(lì)磁電源。同時(shí)必須將電樞串聯(lián)的啟動(dòng)電阻Rc調(diào)回到最大值，勵(lì)磁回路串聯(lián)的電阻Rf調(diào)回到最小值(特殊要求除外)。給下次啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。3）測(cè)量前注意儀表的量程、極性及其接法，是否符合要求。4）做機(jī)械特性實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL時(shí)，注意觀察直流電機(jī)電樞電流Ia大小，短時(shí)間運(yùn)行不可超過(guò)1.2IN，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不可超過(guò)IN。2.任務(wù)要求（2）數(shù)據(jù)處理要求1）結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，負(fù)載一定時(shí)，當(dāng)他勵(lì)直流電機(jī)電樞電壓U、電樞回路串電阻Rc和勵(lì)磁回路串電阻R