DQ09直流电动机机械性能的测试与分析.doc

课程设计 直流电机机械特性测试与分析（杨涛）
目录
摘要 1
一设计的目的和意义 1
1.1设计题目 1
1.2设计目的 1
1.3设计要求 1
二总体设计方案 2
2.1 并励(他励)直流电动机的起动 2
2.1.1电枢回路串电阻起动 2
2.1.2减压起动 2
2.2并励(他励)直流电动机的调速 3
2.2.1调节电枢电压调速 3
2.2.2调节串入电枢回路电阻调速 3
2.2.3调节励磁电流调速 4
三调速的性能指标 4
3.1 调速范围与静差率 4
3.2 调速的平滑性 4
3.3调速的经济性 4
四.设计过程 5
4.1 实验设备 5
4.2 设计原理图 5
4.3设备屏上挂件排列顺序 6
4.4调速步骤 6
4.4.1选择仪器 6
4.4.2直流并励电动机的起动准备 6
4.4.3并励直流电动机起动步骤 7
五、设计心得 9
六．参考文献 9
摘要
随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。电动机的主要应用之一就是把电动机应用于工业生产的自动化操作系统中。因此本课程的设计课题将主要以工业生产中可能用到电动机调速的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。关键词：直流电动机 调速 设计
一设计的目的和意义
1.1设计题目
DQ09直流电动机机械性能的测试与分析
1.2设计目的
通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解直流电动机的调速方法以及电动机的构成以及工作原理。亲身感受调速过程。这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，提高自己的动手实践的能力，使我们在学习中起到主导地位，让我们在实践中掌握相关知识，培养我们的专业技能，课程设计给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高我们的动手实践能力以及发现问题解决问题的能力。
1.3设计要求
（1）设计通俗易懂，有可操作性。
（2）画出T-n图，记下详细的实验数据。
（3）进行相应的数据分析。
二总体设计方案
2.1 并励(他励)直流电动机的起动
直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。直流电动机开始起动时，转速，此时直流电动机的感应电动势，由于电枢电阻较小，所以此时电枢电流最大。另外，根据转矩公式可知，由于电枢电流非常大，此时的起动转矩也非常大。这样大的起动电流和起动转矩，分别将对供电电源和机械装置形成强大的冲击。通常采用保证足够的起动转矩下尽量减少起动电流的办法，使电动机起动。
2.1.1电枢回路串电阻起动
为了限制起动电流，起动时可在电枢回路串入起动电阻，待电动机转速上升后逐步将起动电阻切除。接入起动电阻后的起动电流为：

2.1.2减压起动
减压起动时，开始加在电动机电枢的端电压很低，随着转速的上升，逐步增大电枢电压，并使电枢电流限制在一定的范围内。为使励磁不受电枢电压的影响，电动机应采用他励方式。启动电流为，随电机转速上升，反电动势增大。

2.2并励(他励)直流电动机的调速
同交流异步电动机相比，并励直流电动机在调速方面有其独到的优点。从直流电动机的转速特性：可知，并励(他励)直流电动机可通过三种方式对电动机的速度进行凋节：调电压调速，串电阻调速，励磁电流调速。
2.2.1调节电枢电压调速
当保持他励直流电动机磁通为额定值和电枢回路电阻不变时，降低电枢电压，可以调节电动机的转速由并励直流电动机的机械特性为
（电枢电压）
0
40
80
120
160
200
（转速）
0
246
513
773
1041
1302
由表中数据知：电枢电压逐渐增大，电机转速会随之增大！

2.2.2调节串入电枢回路电阻调速
他励电动机拖动负载运行时，保持电枢电压和励磁电流不变，在电枢回路串入不同的电阻时，电动机的运行速度就不一样，其机械特性方程为这种调速方法的优点是简单易行，缺点是接人电阻后电动机的效率降低，机械特性变软。

2.2.3调节励磁电流调速
这种调速方法所用设备简单，调节也很方便，且效率较高。缺点是随着电动机转速的增高，电枢电流随之升高，电动机的温度升高，换向条件变坏，转速过高，还会出现不稳定的现象。
三调速的性能指标
3.1 调速范围与静差率
调速范围是指电动机在额定负载转矩 调速时，其最高转速与最低转速之比，用 D 表示为：
最高转速受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求的限制。静差率或转速变换率，是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率
静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变换也越小。 调速范围与静差率相互制约，采用同一种方法调速时，静差率数值越大，则可以得到较高的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，其调速范围 D 不同。
3.2 调速的平滑性
无级调速的平滑性最好，有级调速的平滑性用平滑系数表示，其定义为：相邻两极转速中高一级与低一级转速 之比，即 ，越接近于1，则系统的平滑性越好
3.3调速的经济性
主要考虑调速设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等。 调速时电能的损耗除了要考虑电动机本身的损耗和供电电源的效率。调速设备初投资应该考虑电动机和供电电源两方面：专门设计的改变磁通调速的电动机成本较普通直流电机为高；降电枢电压调速的大功率可调压电源，成本也较高。
四.设计过程
4.1 实验设备
序号
型号
名称
数量
1
DQ03-1
导轨、测速发电机及转速表
1台
2
DQ19
校正直流测功机
1台
3
DQ09
直流并励电动机
1台
4
DQ22-1
直流数字电压、毫安、安培表
2件
5
DQ27
三相可调电阻器
2件
6
DQ29-1
可调电阻器、电容器
1件
4.2 设计原理图

4.3设备屏上挂件排列顺序
DQ22-1 DQ27 DQ29-1 DQ27 DQ22-1
4.4调速步骤
4.4.1选择仪器
（1）电压量程的选择
如测量电动机两端为的直流电压，选用直流电压表为量程档。
（2）电流量程的选择
因为直流并励电动机的额定电流为，测量电枢电流的电表可选用直流电流表的量程档；测量MG的负载电流的电表可用量程档；测量M和MG励磁电流的电表可用档额定励磁电流小于，电流表选用量程档。
（3）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，电枢回路可选用DQ29-1挂件的与串联电阻,磁场回路可选用DQ29-1挂件的与串联电阻。
4.4.2直流并励电动机的起动准备
(1)、按原理图接线。图中直流他励电动机M用DQ09，其额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，额定励磁电流。校正直流测功机MG作为测功机使用，用DQ19，额定电流额定电流 ，额定功率，额定电压，额定转速, 额定励磁电流 ；TG为测速发电机，用DQ03-1；直流电流表选用DQ22-1。用可调电阻器DDQ29-1中的900Ω与900Ω电阻串联，使的阻值等于1800Ω，作为他励直流电动机励磁回路串接的电阻。选用可调电阻器DQ27中的900Ω与900Ω电阻串联，使的阻值等于1800Ω，作为MG励磁回路串接的电阻。选用可调电阻器DQ29-1中的90Ω与90Ω电阻串联，使的阻值等于180Ω，作为他励直流他励电动机的起动电阻，选用可调电阻器DQ27中的900Ω与900Ω并联后再与可调电阻器DQ27中的6个900Ω电阻互串联，作为MG的负载电阻。
(2)、接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。
4.4.3并励直流电动机起动步骤
(1)检查按原理图的接线是否正确，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靠。
(2)将电动机电枢串联起动电阻、测功机MG的负载电阻、及MG的磁场回路电阻调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，并将控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮调至最小，作好起动准备。
(3)开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节使（电流表）于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，调节控制屏上电枢电源“电压调节”旋钮，使电动机M起动。
(4)M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正值。（若不正确，先关断电枢电源开关，再关断励磁电源开关，用励磁电源极性对调来纠正转向，重复步骤（1）（2），使电动机M起动。）电动机M起动后，调节控制屏上电枢电源电压为220伏。减小起动电阻阻值，直至短接。
(5)合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2阻值，记录电枢电流（电流表）不同值时，使MG的负载电流（电流表）改变值，即直流电动机M的输出转矩改变值（按不同的值，查对应于=100mA时的校正曲线=，可得到M不同的输出转矩值）。将测得数据记录到表1-1中。

表1-1
（电枢电流）
0.49
0.52
0.55
0.58
0.62
0.68
（负载电流）
0.20
0.23
0.25
0.28
0.31
0.36
（转矩）

(6)调节并励电动机的转速
分别改变电动机M电枢回路的电阻和励磁回路的电阻，观察转速变化情况：电阻R1增大，电机转速明显减小；增大，电动机转速变化微小。
保持励磁回路的电阻不变，改变电枢回路的电阻，使其增大，测转速n，将测得数据记录到表1-2中。
表1-2

30
60
90
120
150
180
n
1348
1261
1182
1110
1043
967
由表1-2知：电枢回路电阻逐渐增大，电动机转速逐渐变慢！

保持电阻R1=0不变，改变励磁回路的调节电阻时，测转速n。将测得数据记录到表1-3中。
表1-3

300
600
900
1200
1500
1800
n
1449
1450
1455
1460
1464
1469
由表1-3知：励磁回路电阻增大，电机转速也会增大！
(7)改变电动机的转向
将电枢串联起动变阻器的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将励磁绕组的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向：转向与改变前相反；转速表指针偏转方向为负。
五、设计心得
课程设计之前以为这仅仅是一次作业，没有多大意义，也没有必要，但当我去做时，才知道自己还有很多都不懂，很多都不会，并没有想象的那么简单。此次课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的提高。通过课程设计，让我更加明白学习是一个长期的积累过程，经后的工作、生活中应该不断的学习，努力提高知识和综合能力。设计过程中，我上网以及去图书馆查阅了大量的有关资料，学到了不少知识，也经历了不少艰辛：刚开始连接实验电路时，连接好实验线路，自己检查觉得无误后，开始实验，但总是报警，多次连接还是不行，后来和同学探讨了一会，也一起检查了线路，最后发现是电流表接成了并联，造成了短路！后来在试验中，又遇到改变MG的负载电阻，电动机可以正常转动，但MG的负载电流没有变化，电动机的转速也没有明显变化，检查电路也没有问题，重接电路，还是遇到同样的问题，后来咨询了老师，用万用表检查了各部分的保险丝，终于找到了问题，原来是MG负载电阻上的保险丝给烧掉了，更换后就可以正常实验了。这次课程设计，培养了我独立工作的能力，真正明白了直流电动机的工作原理以及电动机的各种调速方法，还有电动机的各种机械性能。让我充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦。也让我明白实验要仔细认真，不可马虎！此次课程设计，写课程设计报告时，也让我更加熟悉了Word的操作，学会了用Word自动生成目录。此次课程设计也让我的独立思考能力得到了相应的提高，也让我更加清楚和明白了直流电动机的工作原理以及它的各项机械性能，更加深入地了解了直流电动机的各种调速方法，让我对之有了具体的认知！
六．参考文献
互联网
电机及拖动基础（主编:汤天浩，机械工业出版社）

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
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8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
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11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
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15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
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