任务2.2 他励直流电动机的起动、反转和调速

任务2.2他励直流电动机的起动、反转和调速主讲人：韩晓冬项目2直流电动机的认识与调试CONTENTS目录任务描述01任务实施05学习目标02任务分析03知识链接04拓展知识06自我检测07任务描述

直流电动机在实际生活中有大量的应用，如电动玩具、电动自行车等。它们需要频繁的起动、调速等。在工业生产中，有大量的生产机械为了满足生产工艺要求，需要反向运行和改变工作速度，如金属切削机床，由于工件的材料和精度的要求不同，工作速度也不同，如轧钢机，因轧制不同品种和不同厚度的钢材，要采取不同的最佳速度。这些需要我们了解直流电动机的起动、反转和调速的工作原理等知识。学习目标（1）能复述直流电动机的起动方法和工作原理；（2）能复述直流电动机的反转方法；（3）能复述直流电动机调速的方法、原理和特点。知识目标01（1）能进行直流电动机的起动操作；（2）能进行直流电动机的反转操作；（3）能进行直流电动机调速的操作。能力目标02（1）培养学习者团队协作精神和职业安全意识；（2）培养学习者自主学习和创新精神。素养目标03任务分析

本任务通过他励直流电动机的起动、反转与调速的电气控制实践，帮助学习者深入理解其工作原理与控制方法，掌握电枢电压、回路电阻和励磁磁通对电机运行状态的调节机制。通过电气连接、参数整定与故障排查等实践操作，锻炼学习者的动手能力与问题解决能力。知识链接

2.2.1直流电动机的起动

定义：

电动机的起动是指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。

电动机在起动瞬间（)的电磁转矩称为起动转矩

。起动瞬间的电枢电流称为起动电流，分别用

和

表示。

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2.2.1直流电动机的起动1.全压起动

在电动机磁场磁通

为情况下，在电动机电枢上直接加以额定电压的起动方式。

由于电枢电阻阻值很小，额定电压下直接起动电流很大，通常可达额定电流的10～20倍，起动转矩也很大。过大的起动电流引起电网电压下降，影响其他用电设备的正常工作，同时电动机的换向器会产生火花，而过大的起动转矩可能会损坏电枢绕组和传动机构。所以除了容量很小的电动机外，一般直流电动机是不允许直接起动的。知识链接

对直流电动机的起动，一般要求如下：

（1）有足够大的起动转矩；

（2）起动电流限制在一定范围内；

（3）起动设备要简单、可靠。

为了限制起动电流，他励直流电动机通常采用电枢回路串电阻起动或降低电枢电压起动。知识链接

2.电枢回路串电阻起动

起动时，在电枢回路中串接起动变阻器，随着转速的升高，逐渐切除变阻器的电阻，起动完毕切除全部起动电阻。图2-18他励直流电动机电枢回路串电阻起动控制主电路图知识链接

图2-19他励直流电动机4级起动机械特性电动机从a点开始起动，转速沿特性曲线上升至b点，随着转速上升，反电动势上升，电枢电流减小，起动转矩减小，当减小至

时，接触器KM3线圈通电吸合，其触头闭合，短接第1级起动电阻

，电动机由

的机械特性切换到

的机械特性。知识链接

切换瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，电动势

保持不变，电枢电流突然增大，转矩也成比例突然增大，恰当的选择电阻，使其增加至

，电动机运行点从b点过度至c点。从c点沿cd曲线继续加速到d点，KM2触头闭合，切除第2级起动电阻

，电动机运行点从d点过渡到e点，电动机沿ef曲线加速，如此周而复始，依次闭合接触器KM1触头，电动机由a点经b、c、d、e、f点到达g点。此外，所有起动电阻均被切除，电动机进入固有机械特性曲线运动并继续加速至h点。在h点,电动机稳定运行，起动过程结束。知识链接

当直流电源电压可调时，可以采用减压方法起动。应用条件起动前，降低电动机电枢电源电压，减小起动电流。随着转速上升，电动势逐渐增大，电枢电流和转矩减小。起动过程直流电动机起动和运行时，励磁电路一定要接通，不能断开，起动时要额定励磁。否则，由于磁路仅有很小的剩磁，可能出现事故。注意事项3.减压起动知识链接

2.2.2他励直流电动机反转

直流电动机的反转就是电磁转矩方向改变，而电磁转矩的方向是由主磁场方向和电枢电流方向决定的。所以只要将磁通和励磁电流任意一个参数改变方向，电磁转矩就改变方向。注意：如果同时改变电枢电流和励磁电流的方向，则电动机的转向不改变。知识链接

在电气控制中，直流电动机反转的方法有两种：

一是改变电枢电流方向,即改变电枢两端的电压极性，或者说把电枢绕组两端换接。

二是改变励磁电流的方向。（很少采用）知识链接

2.2.3.直流电动机的调速

调速可用机械方法、电气方法或机械电气相结合的方法。

机械调速:通过改变传动机构速度比进行调速的方法。电气调速:通过改变电动机参数进行调速的方法。

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1.改变电枢电路串接电阻的调速

电枢电路串电阻调速是指保持电源电压和励磁磁通为额定值，通过在电枢电路串接不同电阻进行调速。电枢电路串电阻调速时，电动机的机械特性如图所示：未串电阻时的工作点串电阻后,工作点由A→A’→B0知识链接

电枢串电阻调速的特点:1）串入电阻后转速只能降低，且串入电阻越大特性越软，特别是低速运行时，当负载波动引起电动机的转速波动很大。因此低速运行的下限受到限制，其调速范围也受限制。2）一般分段串入电阻，其调速是有级调速，调速的平滑性差。3）电阻串入电枢电路中，电枢电流大，使调速电阻消耗的能量大，不经济。

4）电枢串电阻调速方法简单，设备投资少。知识链接

2、降低电枢电压调速

降低电枢电压调速是指保持磁通为额定值，且电枢电路不串接附加电阻，通过降低电枢两端电压U进行调速。电动机的工作电压不允许超过额定电压，因此电枢电压只能在额定电压以下进行调节。降低电枢电压后的人为机械特性曲线如图他励直流电动机降压调速机械特性所示。TemTLA降压瞬间工作点A’B调速压前工作点A稳定后工作点知识链接

降压调速的特点:1）调压调速机械特性硬度不变，调速性能稳定，调速范围广。2）电源电压便于平滑调节。故调速平滑性好，可实现无级调速。3）调压调速是通过减小输入功率来降低转速的，故低速时在恒转矩负载下损耗有所减小，调速经济性好。4）调压电源设备较复杂。知识链接

3、减弱磁通调速

弱磁调速是指保持电动机的电枢电压为额定值，电枢电路不串接附加电阻，通过减小磁通进行调速。通常可用增大励磁电路电阻来减小磁通，但磁通不能太小。弱磁调速时的机械特性如图所示：调节磁场前工作点弱磁瞬间工作点A→A‘AB弱磁稳定后的工作点知识链接

减弱磁通调速的特点:1）减弱磁通调速机械特性较软，随着的减小加大，但受电动机换向和机械强度限制，调速上限受限制，故调速范围不大。2）调速平滑，可实现无极调速。3）由于减弱磁通调速是在电流较小的励磁回路中进行，故能量损耗小。4）控制方便，设备简单，控制设备投资少。任务实施

1.准备工作（1）设备与工具

他励直流电动机实验台（含可调直流电源、励磁电源），启动电阻箱（4级分段电阻），直流电流表，转速表，万用表，导线，螺丝刀，安全用具等。（2）公式推导与参数计算任务实施

2.实施步骤（1）直流电动机工作电路连接1）电路原理分析。如图所示直流电动机接线图，2）实际电路连接。根据直流电动机的额定参数和电源规格，按照图直流电动机接线图所示连接直流励磁电源、电枢电源、调节电阻和直流电动机。图2-23直流电动机接线图任务实施

（2）直流电动机的起动（3）直流电动机的调速1）调节电枢电源的“电压调节”旋钮，使电动机的端电压为220V额定电压。2）逐渐增加电枢电压，观察上升过程中电动机转速的变化情况。3）逐渐减小电枢回路调节电阻的阻值，观察电动机转速的变化情况。4）逐渐减小励磁回路调节电阻的阻值，观察电动机转速的变化情况。任务实施

（4）直流电动机的反转控制1）将电枢回路调节电阻的阻值RP调回到最大值，先断开电枢电源开关S2，再断开励磁电源开关S2，使电动机停机。2）将电枢绕组的两端接线对调后，再按直流电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。3）将励磁绕组的两端接线对调后，再按直流电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向。任务实施

3.注意事项

（1）直流电动机起动时，必须将励磁回路调节电阻的阻值Rf调至最小，先接通励磁电源，使励磁电流最大；同时必须将电枢回路调节电阻的阻值RP调至最大，然后接通电枢电源，使电动机正常起动。

（2）直流电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时必须将电枢回路调节电阻的阻值RP调回到最大值，励磁回路调节电阻的阻值Rf调回到最小值，为下次起动做好准备。

（3）测量前确认仪表量程、极性及其接法是否正确。

（4）整个实训过程遵循用电设备安全操作规程和人身安全防护措施。任务实施

4.考核评价

根据实训内容进行考核评价，并填写下表。

表2-5直流电动机的调速与反转控制记录表任务实施

表2-6考核内容及评分标准表拓展知识

他励直流电动机电气制动方式

他励直流电动机的电气制动是使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转矩，阻碍电动机转动。在制动过程中，要求电动机制动迅速、平滑、可靠、能量损耗少。

常用的电气制动有能耗制动、反接制动和回馈制动。此时电动机电磁转矩与转速n方向相反，其机械特性在第II或IV象限内。拓展知识

1.能耗制动

能耗制动是把正处于电动机运行状态的他励直流电动机的电枢从电网上切除，并接到一个外加的制动电阻

上构成闭合回路。制动运行时，电机靠生产机械的惯性力的拖动而发电，将生产机械储存的动能转换成电能，消耗在电阻上，直到电机停止转动。拓展知识

电动机状态工作点制动瞬间工作点制动过程工作段电动机拖动反抗性负载，电机停转。若电动机带位能性负载,稳定工作点

能耗制动操作简单，但随着转速的下降，电动势减小，制动电流和制动转矩也随之减小，制动效果变差。若为了使电动机能更快的停转，可在转速降到一定程度时，切除一部分制动电阻，使制动转矩增大，从而加强制动作用。拓展知识

2.反接制动

反接制动有改变电枢电压极性的电枢反接制动和电枢回路串大电阻的倒拉反接制动两种方式。（1）电枢反接制动电枢反接制动是将电枢反接在电源上，同时电枢回路要串接制动电阻

。若要求准确停车，不是反转，电动机的转速接近于零时必须立即断开电源，否则转速过零后往往会进入反向起动。拓展知识

（2）倒拉反接制动倒拉反转反接制动只适用于位能性恒转矩负载。在电枢回路中串联一个较大的电阻,即可实现制动。拓展知识

3.发电回馈制动

从能量传递方向看，电动机处于发电状态，将机车下坡时失去的位能转变成电能回馈给电网，此时电机的运行状态称为发电回馈制动状态。发电回馈制动常应用在位能负载高速拖动电动机和电动机降低电枢电压调速等场合。自我检测

一、填空题1.他励直流电动机的启动方法有__________启动、__________启动和__________启动三种。直流电动机要求启动电流为额定电流的__________倍。2.直流电动机通常采用改变__________的方向来达到电动机反转的目的。3.他励直流电动机的调速方法一般有__________调速、__________调速和__________调速，这几种方法都可以达到__________调速性能。自我检测

二、判断题1.直流电动机的直接启动电流和交流电动机一样，都是额定值的4～7倍。（）