直流电机性能检测(测试)
SYDCMCS-1智能型直流电机性能综合测试实验装置
（上海上益教育设备制造有限公司）
（设备外形参考图片，具体结构以实物配置为准）
一、概述
SYADMCS-1智能型交直流电机性能综合测试实验装置是集直流电机，交流电机对应的控制，运行，机械特性、电气特性的测试和教学实验于一体，配套先进的检测控制手段，对以上各种运行方式进行定量分析，采集电机运行的各种参数。学生可通过一个嵌入式触摸屏电脑实现采集数据的显示、系统控制、加载控制等。本实验台从专用电源控制台、仪器仪表、电机、导轨、负载及专用导线到配套软件等均配套齐全。电机负载采用高性能、长寿命的新型磁粉制动器，负载调节稳定、可靠、方便。即可稳态测试，也可以进行快速瞬间测试。一台基于W i n C E ( 中文版 ) 操作系统、内嵌Homebuilder嵌入版组态软件的触摸屏作为人机界面，它在系统中作为数据输入、显示监控及控制终端。该终端采用RS-485/232接口采集模块进行通讯，数据采集模块将传感器的检测值上传给终端进行显示或用于监控，本款教学设备的终端还可下达操作指令给执行模块从而实现对程控设备的调节，进而实现对电机电枢电压及负荷的控制。
二、系统主要设备及参数
1.电源控制屏
设有电压输入指示仪表，急停按钮，过载保护等措施，设有0-30V/2A直流可调电源，电源电压及电流输出均可调，带有保护措施。3相交流电源输出带电流及电压漏电保护措施。
2.实验桌
实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，形状似长方体封闭式结构，造形美观大方；设有两个大抽屉、柜门，用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌还设有四个万向轮和四个固定调节机构，便于移动和固定，有利于实验室的布局。
3.直流他（并）励直流电机 1台
电枢电压直流220V，励磁电压直流220V 功率185W 转速1500转/分钟。
4. 直流电机调速器1只
0~220V可调，电压输出线性可控，控制信号4-20mA。
5.嵌入式人机界面设备
7"高亮TFT液晶显示屏，分辨率800×480，四线电阻式触摸屏，分辨率1024×1024。
WinCE(中文版) 操作系统，内嵌HMIBuilder嵌入版组态软件无限点。主频400M，内存64M，存储设备128M电子盘。
工作电源DC24V
具有两个2.0的USB接口，支持工程备份及还原，支持外部输入接口设备，如USB鼠标键盘等。
具备两个DB9接口，COM1是RS-232接口，COM2具备一个RS-232接口和RS-485接口
支持Modbus协议通讯，模块地址手动可设。
6 .三菱PLC FX3U-16MR -01， 1台
7. PLC模拟量输入/输出模块
2路模拟量输出模块1只, 4路模拟量输入模块1只。
8. 隔离型直流电流传感器，量程0-3A，0~±5V线性输出 (正反方向)。
9. 隔离型直流电流传感器，量程0-0.2A，0~±5V线性输出 (正反方向)。
10.智能电压表1只，量程0-300V，带RS485通信功能。
11. 磁粉制动器（0-24V）供电.
供电电源24V 激磁电流0~0.9A 加载能力0~6N.m
12.直流24V可调节电源
0~24V电压输出电压输出线性可控，控制信号4-20mA。
13.动态扭矩传感器
测量旋转电机扭矩，量程0~±5N.m 线性输出0~±5V (正反方向)，带速度检测信号输出。
14.基于触摸屏的组态软件运行环境实现数据采集及显示实现电拖系统的系列控制操作
15. 固定电机导轨及连轴器。
16. 低压电器元件及安装板
17.实验桌，带万向轮，移动方便。
18. 直流稳压电源（0~30V、2A），由多圈电位器连续调节，输出最大电流为2A，每路电源输出有0.5级数字电流表、电压表指示。电压稳压度<10－2，负稳压度<10－2，纹波电压: <5mV。
系统分为终端和服务器两部分，终端cpu采用s3c2440 arm9处理器，采用嵌入式linux操作系统。Cpld控制AD采集信号，并将数字信号放入ram中，arm9读取ram数据后处理送液晶屏显示，ARM也可以将波形图片发送到服务器，供老师批阅；ARM可以通过网络接收服务器命令，控制电源的关闭和打开。
19.虚拟仪器部分：
1、终端部分（装学生实验台上）同时配有虚拟示波器、虚拟频谱仪、虚拟三用表、电源管理。
2、技术指标：
1）设置启动界面与启动后界面。
2）网络设置：通过设置IP地址设置机器号，还可以设置密码电源模块号（用于远程控制实训台的通断电功能）
3）双踪存贮示波器，多种同步方式，存贮深度可编程；通道数：2路；带宽：20MHZ；分辨率：8位；电压范围：-10~+10V；存贮深度：64K；
Channel switch 通道开关，通过内勾选要显示的通道，Setting select 设置选择，通过
单选框，选择要设置的通道的参数，主要是time(时间) ，voltage(电压量程) ，screen(抓屏)为上传波形实时画面，screen后可以commit提交到服务器，setting是设置示波器参数如触发源触发条件，stop是暂停功能。同时显示暂停状态时的波形。
4）频谱分折仪；
Stop是暂停，便于分析频谱。commit提交到服务器功能，Exit是退出界面功能。
5）数字三用表
Module selection 功能选择，通过单选框，选择电压(voltmeter)、电流(ammeter)，电阻(ohmmeter)、通断（on-off）,四种功能，电压又分为AC/DC测量以及量程选择，电流又分为AC/DC测量以及量程选择，电阻可以设置量程。commit提交到服务器功能，Exit是退出界面功能。
6）、四路智能远程电源控制
7）、数据具有上传与保存功能并能通过服务器显示
8)、提供LabVIEW虚拟仪器软件
三、完成实验内容：
1.直流电动机空载特性试验
2.直流电动机负载试验
3.直流电动机效率测定
4.直流电动机特性曲线测定
5.直流电动机冷态电阻测量实验等
6.直流电动机的转速、输出转矩、功率、电压、电流测定
四、实验系统嵌入式人机交互界面样例展示：
样例1（直流电动机运行控制画面）
（图略）
样例2（直流电动机运行参数检测画面）
（图略）
直流电机测验题带答案
直流电机测验题 一、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:P N=，U N=220V，I N=20A，n N=1000r/min，电枢回路电阻r a=1Ω，△U=2V，励磁 回路电阻R f=440Ω，空载实验：当U=220V时，输入电流I0=2A，试计算:当电枢电流I a=10A时,电机的效率。 二、一台他励直流电动机数据为：P N=，U N=110V，I N=，n N=1500r/min，电枢回路电阻R a=Ω，求：1）U=U N，Φ=ΦN条件下，电枢电流I a=60A时转速是多少2）U=U N条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N不变时，电动机电枢电流与转速是多少（3）U=U N， Φ=ΦN条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机：P N=29KW，U N=440V，I N=，n N=1050rpm，R a=。 1）电动机在发电反馈制动状态下工作。设I a=-60A，附加电阻R c=0 ，求电动机的转速 2）电动机在能耗制动状态下工作。转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的电磁转矩； 3）电动机在反接状态下工作。转速n=-600rpm 时，电枢电流I a=-50A。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转矩，电网供给的功率，电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4）画出电机的机械特性及其1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时： （1）在启动阶段（n 直流电机原理及拖动 1.直流电动机的电磁转矩的大小与_________成正比。 A．电机转速B．主磁通和电枢电流 C．主磁通和转速D．电压和转速 2.图示的直流电动机机械特性曲线，是_________励磁方式的电动机。 A．串励 B．他励 C．并励 D．复励 3.直流电机换向极作用主要是_________。 A．增加电机气隙磁通B．改善换向，减少换向时火花 C．没有换向极，就成为交流电机D．稳定电枢电流 4.并励电动机出现轻载“飞车”的主要原因是_________。 A．电源电压过高B．电枢绕组流过的电流过大 C．电刷和换向器接触不良D．励磁绕组断线 5.直流电机换向极绕组与_________。 A．电枢绕组并联B．电枢绕组串联 C．并励绕组串联D．并励绕组并联 6.同交流异步电机比较，直流电机的最大优点是________。 A．造价低B．结构简单 C．维修工作量少D．调速性能好 7.直流电动机电枢导体中的电流是_______。 A．直流电B．交流电C．脉动电流D．以上均不对 8.下列调速法不适用于直流电机的是__。 A．在电枢回路的串联可调电阻B．改变励磁回路中的励磁电阻 C．改变电枢的电压D．改变定子磁极对数 9.下列励磁方式的直流电机不能空载运行的是___。P187 A．串励B．并励C．他励D．复励 10.一般说来，串励、并励、复励三种励磁方式的直流电动机中，机械特性最硬 和最软的分别是___。 A．串励／复励B．复励／并励C．并励/串励Ｄ．复励/串励 11.改变直流电动机的转向方法有________。 A．对调接电源的两根线 B．改变电源电压的极性 C．改变主磁通的方向并同时改变电枢中电流方向 D．改变主磁通的方向或改变电枢中电流方向 12.直流电动机起动时必须在电枢回路中串联起动电阻，原因是刚起动时 ________。 A．主磁通较弱B．反电动势为零 C．瞬间高压D．提高电磁转矩 13.直流电动机的调速方法种类与交流电动机________，而制动方法种类 ________。 A．相同／相同B．相同／不同 C．不同／相同D．不同／不同 14.直流发电机和直流电动机的铭牌上的额定容量是指电机在额定状态下的 ________。 A．电功率B．机械功率C．输入功率D．输出功率 15.直流电动机和交流绕线式电动机在结构上都具有________。 A．电刷、换向器B．电刷、滑环 C．电刷D．滑环 16.对于直流电机，下列部件不在定子上的是________。 A．主磁极B．换向极C．电枢绕组D．电刷 17.对于直流电机，下列部件不在转子上的是________。 A．换向器B．换向极 C．电枢铁心D．电枢绕组 18.一台他励直流电动机，起动前出现励磁回路断线。假设该电机未设失磁保护， 现空载起动，则会________。 A．堵转一致于烧毁电机绕组B．发生飞车事故 C．无起动转距，转子静止D．转子的转速大大降低 19.直流电机电枢绕组中的电动势与其转速大小成________，与主磁通大小成 ________。 A．正比／正比 B．反比／反比 C．视电机种类(是发电机还是电动机)而定 D．视电机容量而定 20.关于直流电动机的转动原理，下列说法正确的是________。 A．转子在定子的旋转磁场带动下，转动起来 B．通电导体在磁场中受到力的作用 C．导体切割磁力线产生感生电流，而该电流在磁场中受到力的作用 D．穿过闭合导体的磁感应强度变化引起电磁转矩 直流无刷电机反电动势过零检测方法 一般的永磁无刷直流电机是由三相逆变桥来驱动的，根据转子位置的不同，为了产生最大的平均转矩，在一个电角度周期中，具有6个换相状态。在任意一个时间段中，电机三相中都只有两相导通，每相的导通时间间隔为120°电角度。例如，当A相和B相已经持续60°电角度时，C相不导通。这个换相状态将持续60°电角度，而从B相不导通，到C相开始导通的过程，称为换相。换相的时刻取决于转子的位置，也可以通过判断不导通相过零点的时刻来决定。通过判断不导通相反电动势过零点，是最为常用也最为适合的无位置传感器控制方法。 反电动势过零点的检测方法是，通过测量不导通相的端电压，与电机的绕组中点电压进行比较，以得到反电动势的过零点。但对于小电枢电感的永磁无刷直流电机，在许多情况下，绕组中点电压难以获取，并且需要使用电阻分压和进行低通滤波，这样会导致反电动势信号大幅地衰减，与电机的速度不成比例，信噪比太低，另外也会给过零点带来更大的相移。 与上面的方法相比，更为常用的是虚拟中点电压法。假设A相和B相导通，则A和B两相电流大小相等，方向相反，C相电流为零，则根据永磁无刷直流电机数学模型有 根据上述方程，将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，也可以获得反电动势的过零点。这种方法十分简单，实现也比较方便。但是，由于无刷直流电机按一定频率进行PWM斩波控制，其计算出的虚拟中点电压也会随着PWM的高低电平而发生相同频率的在电源和地电平之间的变化。这样，就会带来极大的共模电平和高频噪声，会影响反电动势过零点检测的精确性。同样，和中点比较法一样，这种方法也必须要对绕组端电压进行分压和低通滤波。 这样，在一个PWM周期中，电枢绕组相电流就必然存在断续状态。速度提高时，电枢绕组中会产生峰峰值极大、频率很高的反电动势。由于以上特点，一些普遍采用的BLDC无位置传感器的控制方法均不适合。现有的无位置传感器的控制方法，如端电压检测法和转子位置估计法等，将很难得到良好的控制效果，其理由如下所述： 首先，无刷直流电机要求在电机转速提高的过程中，采用现有的端电压与中点电压比较的方法，要对三相绕组进行分压阻容滤波，计算出不导通相反电动势的过零点，再延后一定时间进行换相。但是，这样得到的反电动势过零点会因为无刷直流电机转速提高而产生过大的相移，导致当检测到反电动势过零点后，真正的换相点已经过去，从而造成换相失误。另外，现有的转子位置估计法，在高速时必须以极高的采样频率对永磁无刷直流电机中多个物理量进行测量，然后运行复杂的算法估计出转子位置，这样即使采用主频较高的控制器，也很难实时得到精确的位置信号。并且，随着电机转速的提高，位置估计算法难以及时地计算出当前电机转子的位置情况，对于转速范围较大的情况，无位置传感器的检测难以实现。 其次，现有的无刷直流电机无位置传感器的控制方法一般只适用于绕组相电流不存在断续状态的情况。而当永磁无刷直流电机电枢电感较小时，在一个PWM 周期中，则可能出现绕组相电流断续状态。当相电流从续流状态向断流状态突变时，由于三相逆变桥中功率管的寄生电容和电枢绕组中的电感和电阻相互作用，端电压会存在二阶阻尼振荡过程。在振荡过程中，将检测到的电枢绕组端电压应用于无位置传感器的换相中，会得到不正确的结果。 因此，使用现有的无位置传感器的控制方法，应用于小电枢电感的磁悬浮飞轮用无刷直流电机上，都无法得到良好的控制效果。 测试方法和常见不良问题的分析 一、测试方法 1.电机空载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），无负载时的电机每分钟转动的圈 数 （空载转速）及此时流过端子的电流 2）测试方法：使用测速计、胶轮、直流电源，如下连接, 直流电源 电机测速计 参考测试 方法：使 用电机综 合测试仪测试（但誨定范围及电机的冲片槽数，测试 数据不准） 2.负载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），额定负载时的电机每分钟转动的 圈数（负载转速）及此时流过端子的电流（负载电 流） 2）测试方法：见上图，一般选择胶轮的直径为20mm,如 果负载为M gem,则所挂舷码的重量则为M g,同时胶 轮上的圈数取决于绳子A处必须松动才行（即祛码的重 量必须全部加到轮子上才行） 3.堵转力矩和堵转电流的测试 1）； “ 定义：使电机正好停止转动时的负载力矩Ts即为堵转力 矩，此时的电流即为堵转电流Is 3)一般采用两点法进行测试，选择两个负载T1及T2,测 试此负载下的nl> n2及II、12,使用下而的公式计算堵 转力矩和堵转电流： Ts=(n2Tl-nlT2)/(n2-nl) I S=(I2T1-I2T2)/(T1-T2)+(I1-I2)/(T1-T2)*T S 注意点：T1最好在最大效率点附近，而T2最好在最大 功率点附近 参考测试方法：可以采用测功计测试(不精确)或者使 用扭力计测试(较准) 4.窜动量的测试 1)定义：转子在电机中沿轴向可以松动的最大的间隙量 2)测试方法：使用百分表，电机轴前后最大窜动的位置在 百分表上显示的位置分别是A和B，则电机窜动量为B-A 电机 5.电流波形 1)定义：电机在额定电压下旋转时，流过电机两端子间的电 流的变化的波形，可以用示波器进行显示 2)测试方法：如图连接，示波器上显示的波形即为电机的电 流波形，电容一般为qf的电解电容，如果槽数为n 个，则 电机转动一周的完整的波形数为2n个 直流电机练习题 填空题： 1.改变一直流并励电动机的转向，可采用的方法是电枢电压和励磁电压。 2.当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 3.直流电机电枢导体中的电势和电流是( 交变 )性质的。 4.直流电机电枢绕组的感应电势与电机的转速成( 正比 )。 5.他励直流发电机，当转速升高20%时，电势( 升高20% )。 6.直流电机的电磁转矩与电枢电流成( 正比 )。 7.直流电动机一般采用( 串电阻)和(降压)的方法起动，起动时应保证电动机的磁通达到额 定值。 8.在电枢回路中串电阻调速，理想空载转速不变，特性的斜率增大。 9.直流电动机降压调速，理想空载转速( 变小 )，特性的( 斜率 )不变。 10.直流电动机弱磁调速，理想空载转速( 变大 )，特性的( 硬度 )变软。 11.当直流电机带恒转矩负载时，若为他励电动机，当电枢电压下降时，其转速(下降 )，电枢 电流( 不变 )。 12.运行中的并励直流电动机，其( 励磁 )不能突然短路或断开。 13.可用下列关系来判断直流电机的运行状态：当 n 电机控制器检测试验标准 1、环境条件 1.1实验环境条件： 1.1.1温度在-20℃-40℃。 1.1.2相对湿度在10%-75%之间。 1.2使用环境条件： 1.2.1当环境温度在-20℃-80℃时，控制器能按规定的定额运行。 1.2.2在相对湿度不超过100%情况下能正常工作，即控制器表面产生凝露时也可正常工作。 2、实验检查项目 2.1机械尺寸及外观检测 2.1.1按照产品的设计图纸，检查控制器外形和安装尺寸是否符合要求，外观是否整洁无损伤，表面是否贴有检验标识和铭牌，字迹内容要求清晰无误。 2.1.2控制器出线铜排表面平整，安装牢固可靠，整齐无污渍。 2.2基本性能检测 2.2.1控制器可在规定的电压和电流下正常运行。 2.2.2控制器应可以使无刷直流电机实现怠速、正反转运行、调速等基本功能的控制。 2.3各种保护功能及信号输出检测 2.3.1过温检测：当控制器在超过规定温度时自动停止运行，并在温度降低到允许值时才可以继续运行。 2.3.2过流检测：当控制器的母线或相线电流超过允许值时应能自动断电保护并发出报警信号。 2.3.3过压检测：当控制器的输入电压超过其最大输入电压时自动发出报警信号。 2.3.4欠压检测：当控制器的输入电压低于其最小输入电压时自动报警信号。 2.3.5堵转检测：在电机堵转超过规定时间时，控制器应停止对电机输出电流，并发出报警信号。 2.3.6霍尔故障检测：当电机的位置传感器输出异常信号时，控制器应停止对电机输出电流，并发出报警信号。 2.3.7加速器信号异常检测：当控制器检测到加速踏板在上电时的信号异常时禁止对电机 输出，并发出报警信号。 2.3.8刹车断电：当控制器检测到刹车信号输入时停止对电机输出。 2.3.9刹车复位：当控制器发生过温、过压、欠压、堵转、霍尔故障、加速器信号异常等故障后，检测到故障消失且有刹车信号输入后即可复位。 2.3.10速度输出信号：控制器应能根据电机转速的变化而输出对应的脉冲信号。 保护系统检验按照GB/T 3859.1-1993的6.4.13的要求进行。 6. 4.13保护系统的检验 保护系统检验主要包括各种过电流保护装置的过流整定；快速熔断器和快速开关的正确动作}各种过电压保护设施（如避雷器、浪涌过电压抑制器、重复过电压阻容吸收器等）的正确工作，装置冷却系统的保护设施（如风速、流量、水压等继电器）的正常动作，作为安全操作的接地装置和开关的正确设置以及各种保护器件的互相协调。 由于变流器保护系统形式繁多，因而不可能提出一个通用的检验规则。总的要求是，保护系统的检验应尽可能在不使变流器各部件受到超过其额定值冲击的条件下进行。出厂试验时保护系统动作的检验不包括那些动作时会发生永久性损坏的器件（如熔断器），因而，本标准6.4. 13.1规定的b、c两种试验除非有专门的规定，否则不是必须进行的。整个变流器系统过电流保护设旅性能的检验，可根据产品技术条件的规定进行。而熔断器的保护性能，则只有在认为有十分必要时，由供需双方商定，按有关规定进行。 6.4.13.1过电流保护检验 a．持续过电流保护检验 本试验可与6.4.3额定电流试验同时进行。调整限流元件（如过电流继电器或自动开关等）的整定值使与产品技术条件的规定值相符，如果设备中采用了保护变流器免受过电流冲击的控制系统，则其性能也应检验； b．直流侧短路保护检验 在直流侧做人为短路，检验快速熔断器和快速开关等保护器件的正确动作， c．交流侧短路保护检验 在电路臂做人为短路，检验交流侧保护器件的正确动作。 6. 4.13.2过电压保护检验 装置过电压（见5.7.8.3）的测量一般可使用高频示波器，其频率响应须在40 MH：以上，有条件时，可与同步开关及峰值电压表配合使用，测量数据以示波器为准。 a．分合闸引起的浪涌过电压保护措施的检验 实验一直流电动机起动实验 一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R F=181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。 四、实验步骤 1) 建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2 π =9.55。 2) 计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“ 0” 电枢电阻 R a =0.0870 电枢电感估算 第七章直流电机 一、填空（每空1分） 1. 直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是。 答：交流的。 2. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率，而电 刷电压。 答：减小，不变。 3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流I f不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流 超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法。串入电阻后，电动机的输入功率R 将，电枢电流l a，转速n将，电动机的效率n将。 答：不行，不变，不变，下降，下降。 4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20%，则稳定后电 机的电流为倍的额定电流（假设磁路不饱和）。 答：1.25倍。 5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中l a的方向，转速方向。 答：反向，不变。 6. 直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。 答：制动，驱动。 7. 一台串励直流电动机与一台并励直流电动机，都在满载下运行，它们的额定功率和额定电流都相等，若 它们的负载转矩同样增加0.5，则可知：电动机转速下降得多，而电动机的电流增加得多。 答：串励，并励。 8. ★电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流l a增加时，转速n将, 转矩T e将。 答：下降，增加。 9. 直流电动机电刷放置的原则是：。 答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。 10. 直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转 速。 答：升高，降低。 11. 电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括损耗；对于直流电动机包括损耗。 答：空载损耗功率，绕组铜损耗。 12. ★串励直流电动机在负载较小时，l a ；当负载增加时，T e，l a ；n随着负载增加下降程度比并励电动机 要。 答：小，增加，增加，严重。 13. ★一台P对磁极的直流发电机采用单迭绕组，其电枢电阻为r a,电枢电流为l a,可知此单迭绕组有条并联 支路，其每条支路电阻为；若为单波绕组其每条支路电阻为 ，电枢电阻为。 答: 2P,2pr a，2p2r a, p2r a 14. 并励直流电动机改变转向的方法有，。 直流电机效率测试和计算方法 效率测试是所有电传动部件及系统重要检验项目，GB 755 旋转电机定额及性能标准中对各类电机设备效率检测方法进行了详细的介绍。旋转电机效率测试主要有直接测试法及损耗分析法，效率的直接测试方法是通过对直流电机输入输出功率的直接测试而求得效率的方式，下面本文对直流电机效率的直接测试相关试验方法及计算进行详细介绍。 一、直流电机输入功率和输出功率的测量 直接测定效率时，电动机的输入功率用电工仪表测量，输出功率的机械功率用测功机、转矩测量仪测量；发电机的输出功率用电工仪表测量，输入功率用测功机、转矩测量仪测量。 输入功率用电压乘电流来计算，试验电源为整流电源时要求采用真实读书瓦特表或指示电压、电流瞬时值乘积平均值的其他测量装置直接测取电枢回路输入功率，也可分别测量直流功率分量和交流功率分量然后求和。 测功机的功率，在与被试电机同样的转速下应不超过被试电机额定功率的三倍；转矩测量仪的标称转矩，应不超过被试电机额定转矩的三倍。测功机与被试电机之间应用弹性联轴器连接，连接应保证良好、同心。 二、直流电机效率直接测试方法 直流电机效率直接测试试验时，被试电机应在额定功率或额定转矩、额定电压及额定转速下运行至热稳定，读取输入或输出的电压、电流、功率、转速及转矩，并保存周围冷却空气温度，然后立即测定串励、并(他)励及电枢绕组的电阻，并将冷却空气温度换算至25℃。 三、直流电机效率直接测试相关计算 被试电动机的输出机械功率P2按照下式1计算： (1) 式中： TM——被试电动机输出转矩，N.m； nM——被试电动机转速，r/min。 被试电动机的效率ηM按照下式2计算： (2) 式中： P1——被试电动机输入功率，W。 被试发电机的输入机械功率P1(W)按下式3计算： (3) 式中： TG——被试发电机输入转矩，N.m； 电机检验标准 1.0 目的规范电机检验作业，确保电机各项性能以质量达到标准要求，杜绝不合格产品进仓、出厂。1.1 总装好的电动机要进行试验，主要验证电动机性能是否符合有关标准和技术条件的要求;设计和制造上是否存在影响运行的各种缺陷;另外，通过对试验结果的分析，从中找出改进设计和工艺、提高产品质量的途径。 2.0 范围适用于公司的电机检验作业。 3.0 定义/参考3.1 《过程和产品的 测量和控制程序》3.2 《不合格品控制程序》4.0 作业流程生产车间(产品送检) 品管课(检验) 检测结果评审检验结果填报《检验报告单》 PQC 加强监督控制判定合格入库返工处理品管课(异常反馈单) 不合格5.0 检验项目生产部门按生产工单号进行生产，生产完工的产品置于…待检?区，并通知品管课检验员进行检测。5.1 检验实施品管课检验员接到通知后按照生产工单号，即前往…待检? 区，核对产品的品名、型号规格、数量、批号等。了解任务期限，准备好记录表格和检测工具，随后进行检验。5.2 检验方式检验员对所有组装的电机全检。5.3 检验程序、方法与要求5.3.1 检验员根据生产部门的生产工单单号进行检验工 作。5.3.2 。产品检验程序和方法、要求见《电机检测基准》5.4 检验的工具、性能要点及故障处理5.4.1 检测的工具万用表、电桥、耐压仪、游标、电机检测台等。5.4.2 对外观符合要求的电机:其引出线端子、接线应紧固，不可有松脱现象。5.4.3 三相电机应测量三相直流电阻，三相电阻应平衡;单相电机应测量主、副绕组的直流电阻。5.4.4 所有电机都应做耐压试验，考验绕组对机壳或相间的绝缘强度。5.4.5 所有电机都应做空载、堵转试验。其三相电流应平衡，其空载、堵转损耗应符合标准。5.4.6 检测时出现以下情况停止做下一步试验，应排除故障: 接线端子、接线螺帽未紧，三相直流电阻不平衡超过平均值?5，耐压试验时击穿、闪络，三相空载、堵转电流过大、过小、不平衡值超过 10,、损耗过大，电 直流电机习题课 1、直流发电机的电磁转矩是转矩，直流电动机的电磁转矩是转矩。 2、一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则。A：E a下降30℅B：T下降30℅C：E a和T都下降30℅ D：端电压下降30℅。 3、一台并励直流发电机希望改变电枢两端正负极性，采用的方法是。 Ａ：改变原动机的转向Ｂ：改变励磁绕组的接法Ｃ：既改变原动机的转向又改变励磁绕组的接法4、若并励直流发电机转速上升20％，则空载时发电机的端电压U0将。 A：升高20％B：升高大于20％C：升高小于20％D：不变 5、他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降并励发电机与他励发电机相比，哪个电压变化率大 6、并励发电机正转能自励，反转能否自励 7、励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢感应电动势与空载时电动势大小相同吗为什么 8、一台并励发电机，在额定转速下，将磁场调节电阻放在某位置时，电机能自励。后来原动机转速降低了磁场调节电阻不变，电机不能自励，为什么 9、直流电动机的额定功率指。 A：转轴上吸收的机械功率B：转轴上输出的机械功率 C：电枢端口吸收的电功率D：电枢端口输出的电功率 10、某直流电动机P N=15kW，U N=110V，n N=1500r/min，ηN=85%，则额定运行时的额定电流I N为（）Ａ，输入功率为P1N=( )kW。 11、直流电机实质是一台（）的交流电机。直流电动机的换向器装置的作用是（），而直流发电机的换向器装置的作用是（）。 12、直流电机空载时主磁场的磁密分布波形为（），电枢磁动势波形为（），电枢磁密波形为（）。电枢反应指（）。 13、直流电动机的电势Ｅa比端电压Ｕ（），Ｔ与n（），Ｉa与Ｅa（）。 14、直流发电机电刷在与位于几何中心线上的导体相接触的位置，若磁场不饱和，这时电枢反应是（） (1) 增磁；（2）去磁；（3）不增磁也不去磁；（４）前极端去磁后极端不变。 15、某台直流单叠绕组的他励电动机，额定运行时的I N＝120Ａ，并知该电机为6极，则此时该电机绕组中每条支路电流为（）Ａ。 (1) 20 （2）60 （3）10 (4) 40 16、某并励直流电动机空载运行时，若不慎将励磁回路断开，电机转速将（） （1）升到某一高度后稳定运行；（2）减速后停转； （3）增到不允许的值即“飞车”；（4）原速运行。 17、某他励直流发电机空载运行，调节励磁电流Ｉf为２.０Ａ时能建立额定电压２２０Ｖ，若原动机使n=nN不变；将励磁电流上升到４.０Ａ，则能建立的电压Ｕ０值为：（） （1）等于440Ｖ（2）大于220Ｖ但小于220Ｖ （3）仍为220Ｖ（4）大于440Ｖ 18、说明并励直流发电机外特性曲线随负载电流增大而下降的原因。 19、说明直流电动机最初起动电流很大的原因应如何起动 20、画出直流发电机的功率流程图。 21、某并励直流电动机，P N=17kw，U N=220V，n N=3000r/min，I N=88.9A，电枢回路总电阻Ra=Ω励磁回路总电阻R f=Ω，忽略电枢反应影响，求：（1）电动机额定输出转矩；（2）额定负载时的电磁转矩；（3）额定负载时的效率。 1.0 目的规范电机检验作业，确保电机各项性能以质量达到标准要求， 杜绝不合格产品进仓、出厂。 1.1 总装好的电动机要进行试验，主要验证电动机性能是否符合有关标准和 技术条件的要求；设计和制造上是否存在影响运行的各种缺陷；另外， 通过对试验结果的分析，从中找出改进设计和工艺、提高产品质量的途 径。 2.0 范围适用于公司的电机检验作业。 3.0 定义/参考 3.1 《过程和产品的测量和控制程序》 3.2 《不合格品控制程序》 4.0 作业流程 生产车间（产品送检）品管课（检验） 检测结果评审 检验结果填报《检验报告单》 PQC加强监督控制判定 合格入库 返工处理品管课（异常反馈单）不合格 5.0 检验项目生产部门按生产工单号进行生产，生产完工的产品置于 ‘待检’区，并通知品管课检验员进行检测。 5.1 检验实施品管课检验员接到通知后按照生产工单号，即前往‘待检’区， 核对产品的品名、型号规格、数量、批号等。了解任务期限，准备好记录表格和检测工具，随后进行检验。 5.2 检验方式检验员对所有组装的电机全检。 5.3 检验程序、方法与要求 5.3.1 检验员根据生产部门的生产工单单号进行检验工作。 5.3.2 产品检验程序和方法、要求见《电机检测基准》。 5.4 检验的工具、性能要点及故障处理 5.4.1 检测的工具万用表、电桥、耐压仪、游标、电机检测台等。 5.4.2 对外观符合要求的电机：其引出线端子、接线应紧固，不可有松脱现 象。 5.4.3 三相电机应测量三相直流电阻，三相电阻应平衡；单相电机应测量主、 副绕组的直流电阻。 5.4.4 所有电机都应做耐压试验，考验绕组对机壳或相间的绝缘强度。 5.4.5 所有电机都应做空载、堵转试验。其三相电流应平衡，其空载、堵转损耗应符 合标准。 5.4.6 检测时出现以下情况停止做下一步试验，应排除故障：接线端子、 接线螺帽未紧，三相直流电阻不平衡超过平均值±5%，耐压试验时击 穿、闪络，三相空载、堵转电流过大、过小、不平衡值超过10％、损 耗过大，电机异常发热，异味，振动大，异响等。并做好相关记录。 5.5 检验判定检验结果依据电机检测基准进行判定。 5.6 不合格品依据《不合格控制程序》规定处理。 5.7 检验记录： 5.7.1 检测结果记录于《电机检验报告单》，经检验员签字盖章，由品管课 录入ERP系统进行产品核销并保留存档。 5.7.2 检测判定不合格时，检验员应及时对不合格电机做出标识，并及时通 知生产部门，生产部门负责返修措施。如发现批量异常时，检验员应 签发《质量异常反馈单》给生产部门及品管主管，并责令停止生产。 品管课主管应会同生产部门追查原因并采取纠正措施，记录于《质量 异常反馈单》。 5.7.3 返工后的产品须重新提交品管检验员复检，只有经最终检验判定合格 的产品方可入库。 5.7.4 周品质分析品管课应于每周一统计上一周全部检测的品质状况， 并就最终检测中发现的品质异常进行分析，形成书面报告。 6.0 应用表单 6.1 《电机检验报告单》 6.2 《质量异常反馈单》 直流电机测验题 一台并励直流电动机，铭牌数据如下：P N =3.5kW, U=220V , I N =20A , n N =1000r/min ，电枢回路电阻 U=2V 励磁回路电阻R=440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流10=2A ,试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。 二、一台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW, U=110V, I N =79.84A , n N =1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q,求：1） U=U,①=O N 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%负载转矩为 T N 不变时，电动机电 枢电流与转速是多少？（ 3） U=U , ①=O N 条件下，负载转矩为 0.8T N ,转速为（一800） r/min ，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机： P N =29KW U N =440V , I N =76.2A , n N =1050rpm , R a =0.393W 。 1） 电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻R=0，求电动机的转速 2） 电动机在能耗制动状态下工作。 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的 电磁转矩； 3） 电动机在反接状态下工作。转速 n=-600rpm 时，电枢电流I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转 矩，电网供给的功率， 电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4） 画出电机的机械特性及其 1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时: （1） 在启动阶段（n 正常运行时会发热，使直流电动机温度升高，但不应超出允许的限度。如果直流电动机负载过大，使用环境温度过高， 通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组过热烧毁，因此直流电动机温度的高低是反映直流电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。判断直流电动机是否过热，可以用以下方法： （1）凭手的感觉：如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明直流电动机温度正常；如果手放上去烫得马上缩回来，说明直流电动机已经过热。 （2）在直流电动机外壳上滴2-3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明直流电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有"咝咝"声，说明直流电动机已经过热。 （3）判别直流电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。 发现直流电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。 3.3.2 监视直流电动机的电流 一般容量较大的直流电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的直流电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。 3.3.3 监视直流电动机的电压 直流电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。直流电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。 3.3.4 注意直流电动机的振动、响声和气味 直流电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。 3.3.5 注意传动装置的检查 直流电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。 3.3.6 注意轴承的工作情况 直流电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。 3.3.7 注意交流直流电动机的滑环或直流直流电动机的换向器火花 直流电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正 摘要 在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。 系统主要功能是：AT89C51单片机接受霍尔传感器传来的脉冲信号，单片机根据外部中断，以及内部定时器进行计数计算出电机转速送到LED并显示，外部装有蜂鸣器电路，在超速或低俗过低都会停止电动机，蜂鸣器发音，显示器不显示，从实用角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。 本设计以单片机为核心设计一个电动机转速测定及数据显示控制系统，要求对转速范围在0-3000r/min的直流调速电动机进行测量并显示，转速数据显示精度要达到转速个位数，有转速高、低限报警提示。本设计使用6V直流电机。将霍尔传感器产生的脉冲信号输入到单片机外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行计数，调用计算公式计算出转速，调用显示程序在LED上，其主要内容是单片机部分主要完成电机转速的测量，LED显示部分主要是把转速显示出来，显示范围在0-3000r/min之间。 本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，效率高，电路简单，使用也比较广泛，测速系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。 关键词：单片机霍尔IC传感器 , DAC0832 直流电动机转速流程图 A/D 和D/A转换器 目录 摘要 (2) 第一章：引言 (5) 第二章：系统功能分析 (7) 2.1 系统功能概述 (7) 2.2 系统要求及主要内容 (7) 2.3 系统技术指标 (7) 第三章：系统总体设计 (8) 3.1 硬件电路设计思路 (8) 3.2 软件设计思路 (9) 第四章：硬件电路设计 (8) 4.1 单片机描述 (12) 4.1.1 AT89C51引脚及作用 (12) 4.1.2 ULN2003引脚图及功能 (13) 4.2 外围电路设计 (14) 4.2.1时钟电路 (14) 4.2.2复位电路 (14) 4.2.3测速电路 (15) 4.2.4报警电路 (16) 4.2.5显示电路 (16) 4.2.6 74HC573引脚图及功能 (18) 第五章：软件电路设计 (20) 一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图 产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示： 直流电机练习题 一、填空 1、根据直流电动机用途的不同，可以把直流电动机分为两类，一类是进行能量传递和转换的，称为动力电机，另外一类是进行信号传递和转换的，称为控制电机，包括步进电机、伺服电机等。 2、直流电动机将电能转换为机械能输出； 直流发电机将机械能转换为电能输出。 3、直流电机的可逆性是指同一台直流电机，即可作直流发电机使用，又可作直流电动机使用。 4、写出图示标号标明的直流电机的结构名称。（P4） 5、电刷和换向器在直流电动机中的作用为：将刷间的直流电逆变为绕组中交变的电流；在直流发电机中的作用为：将绕组中交变的电流整流成刷间的直流电输出。 6、所谓直流电动机的启动，是指电源接通以后，直流电动机的转速从零上升到稳定转速的过程。启动时，应让启动/电磁转矩足够大，而启动电流不可太大。常用的启动方法有：全压启动、电枢回路串电阻启动和降压启动。 7、改变一直流并励电动机的转向，可采用的方法是单独改变励磁电流的方向和单独改变电枢电流的方向。 8、当电动机的转速超过理想空载转速n0 时，出现回馈制动。 9、直流电机的电磁转矩与电枢电流成正比。（正比/反比） 10、运行中的并励直流电动机，其励磁回路不能突然短路或断开，否则容易出现飞车事故。 11、直流电机按主磁极励磁绕组的接法不同，可分为他励和自励两大类。其中，他励直流电动机由于励磁电源可调，应用范围更广泛。 12、直流电动机常用的电气制动方法有：能耗制动、反接制动和回馈制动。 13、额定功率对直流电动机来说，指的是电动机转轴上输出的功率。 14、直流电动机在排除故障的过程中要遵循由外到内的原则。 二、判断 1、直流电机电枢元件中的电势和电流都是直流的。（×） 2、直流电机的换向极主要是改善直流电机的换向。（√） 3、直流电机的电枢绕组是电机进行能量转换的主要部件。（√） 4、启动时的电磁转矩可以小于负载转矩。（×） 5、一台直流电机运行在发电机状态，则感应电势大于其端电压。（√） 6、他励直流电动机在电枢回路中串电阻调速属于有级调速。（√） 7、直流电动机调节励磁回路中的电阻值，电动机的转速将降低。（×）电机习题练习..
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