直流电机启动
直流电机为什么不能直接启动？
直流电机为什么不能直接启动？
直流电机直接启动，其冲击电流可高达10~20倍额定电流，因为电枢电阻Ra很小，所以直接启动时启动电流很大。
这样对直流电源要求较高，并且其转速不受控制易造成飞车，又容易造成机械损伤。
所以一般要求：功率小于2kW的直流电动机允许采用变阻器起动；功率大于2kW的直流电动机应采用多级变阻器或调压器降低电压之后逐渐升压起动。
具体来讲是这要的：
由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小，而转动体具有一定的机械惯性，因此当直流电机接通电源后，起动的开始阶段电枢转速以及相应的反电动势很小，起动电流很大。
最大可达额定电流的15～20倍。
这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花。
因此直接合闸起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机（起动电流为额定电流的6～8倍）。
为了限制起动电流，常在电枢回路内串入专门设计的可变电阻,其
原理接线见图。
在起动过程中随着转速的不断升高及时逐级将各分段电阻短接，使起动电流限制在某一允许值以内。
这种起动方法称为串电阻起动，非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电动机中。
但由于起动过程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流电动机。
但对于某些特殊需要，例如城市电车虽经常起动，为了简化设备，减轻重量和操作维修方便，通常采用串电阻起动方法。
对容量较大的直流电动机，通常采用降电压起动。
即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电，控制电源电压既可使电机平滑起动，又能实现调速。
此种方法电源设备比较复杂。
直流电机软启动原理
直流电机软启动原理直流电机软启动是指在启动直流电机时，通过逐渐增加电压和电流，使电机渐进式地加速，以降低电压和电流对电机产生的冲击和损坏，并提高电机的启动效率。
软启动主要通过控制电压和电流的变化来实现。
直流电机软启动的原理主要有以下几个方面：1. 控制电压和电流的变化：在直流电机启动过程中，通过控制电压和电流的变化，可以使电机平稳启动。
通过在启动过程中逐步增加电压和电流的大小，可以有效减小电机启动时的冲击力，降低对电机的损坏，同时也减少起动过程中的过流现象，提高电机的启动效率。
2. 使用软启动器：软启动器是一种专门用于控制电机启动的装置，通过精确控制电压和电流的输出，实现对电机启动过程的平稳控制。
软启动器可以通过内部集成的控制系统来实现对电压和电流的精细调节，从而实现对电机启动过程的平稳控制。
3. 采用逐步启动策略：软启动中常采用逐步启动的策略，即从低速启动到高速运行。
通过逐步增加电压和电流的大小，可以使电机逐渐加速，减小了启动过程中的冲击和损坏，同时也减少了启动过程中的过流现象。
4. 控制启动时间：软启动中还可以通过控制启动时间来实现对电机启动过程的调节。
通过调整启动时间的长短，可以使电机以不同的速度启动，从而满足不同的启动需求。
直流电机软启动的优点主要表现在以下几个方面：1. 电机启动平稳：软启动过程中通过逐步增加电压和电流的大小，可以使电机启动平稳，减小启动时的冲击和损坏。
2. 减少起动过程中的过流现象：软启动过程中通过控制电压和电流的变化，可以减少过流现象的发生，提高电机启动的效率。
3. 增加电机的使用寿命：软启动可以有效减小电机启动时的冲击力，降低对电机的损坏，从而延长电机的使用寿命。
4. 减少电网负载：软启动通过逐步增加电压和电流的大小，可以减少电网在电机启动时的负载，避免对电网造成过大的影响。
5. 提高电机的效率：软启动可以平稳地控制电机的启动过程，避免了突然加速或停车对电机的损坏，从而提高了电机的运行效率。
直流电动机常用的启动方法
直流电动机常用的启动方法直流电动机是一种常见的电动机类型，广泛用于各种工业生产与民用设备中。
对于直流电动机的启动方法，有很多种不同的选择，这些选择的依据包括电动机的型号、工作环境、驱动力矩的大小以及控制方式等因素。
下面是10种关于直流电动机常用的启动方法，并分别进行详细描述。
1. 电阻启动法电阻启动法是直流电动机最常见的启动方式，其原理是通过依次接入不同电阻来使电动机的起动电流随之逐渐减小。
当起动电流达到设定的安全范围之后，电阻便会逐渐减少，直到电机正常运行。
这种启动方式起动起来比较平稳，价格较为低廉。
电阻启动法需要使用大量的电阻器，造成能量的浪费。
2. 串联启动法串联启动法是一种将电动机的电源与电阻器串联连接在一起的启动方法。
与电阻启动法相似，它也是通过连续连接电阻器来降低电流的方法来启动电动机，与电阻启动不同的是，串联启动法每次只启动一个电阻器。
这种启动方式对电机来说更加低温，启动更加快速。
在起动阶段，会产生高电压，并且会造成能量的浪费。
3. 并联启动法并联启动法是一种将电动机的电源与电阻器并联连接在一起的启动方法。
并联启动法直接输入电机供电电压，通常需要通过控制继电器来控制电动机的启动。
这种启动方式比较经济实用，并且启动过程中对电机起动电流和电机结构的影响最小。
4. 自励磁通启动法自励磁通启动法是通过电机冷态下挂上外接的直流电源，使电机发生自励磁通，再接上负载进行启动。
这种启动方法具有启动电流小，启动时间短，启动前不需预充电等特点。
但是自励磁通启动方式不适用于需要一直处于低速转动状态的电机。
5. 逆励磁通启动法逆励磁通启动法是通过将直流电动机转子两端分别接上两个反向或相同的电极来实现启动的方法。
这种启动方式不需要任何外接电阻器和其他控制器等，启动过程非常快速。
在实际使用中，逆励磁通启动需要一定的起动电流，不利于电机的长时间运转。
6. 惯性位移启动法惯性位移启动法也称为惯性磁力启动法，是一种利用电机转子上的惯性力和轴承摩擦力产生的惯性磁力来实现启动的方法。
直流电动机的启动、调速、反转与制动(一)
直流电动机的启动、调速、反转与制动（一）摘要本文介绍了直流电动机的启动、调速、反转和制动等方面的基础知识和实际操作技巧。
通过了解直流电动机的工作原理，我们能够更好地掌握如何实现电动机的启动、调速、反转和制动控制。
一、直流电动机的基本原理直流电动机是应用广泛、使用最为普及的一类电动机，它利用直流电的力线作用于定子和转子中导体的电流而产生旋转力矩。
直流电动机的基本构成包括：定子、转子、集电环、电枢、永磁体等部分，其中电枢是电机的主要转换元件。
当电机通电后，电枢内的导体会在磁场作用下受到力矩而旋转，从而带动转子旋转。
电枢外接电源，因此电流方向不断变化，导致电枢上每一根导体均不断变化着受到力矩的方向，当导体在磁场中转到过渡点时，力矩的作用方向就会随之改变，从而形成电枢稳定旋转，并实现电机的工作。
二、直流电动机的启动直流电动机的启动方式主要有自激励式启动和外激励式启动两种。
1. 自激励式启动自激励式启动是最常见的直流电动机启动方式，它是通过电枢产生的反电动势和自感作用来实现电机的启动的。
在自激励式启动过程中，需要使用一个发电机将直流电源产生的电流输出到电机的电枢上，此时，电枢上的导体会产生高速旋转，并在磁场作用下产生反电动势。
当电枢转速达到某一值时，反电动势的大小会超过电源电压，从而达到自我激励的目的，实现电机的启动。
2. 外激励式启动外激励式启动采用较大的磁场励磁电源来励磁电机的励磁绕组，使电机初期转矩增大，将电机启动起来。
外励磁通常使用同步电动机、串联机等至少具有较强磁场特性的电动机来实现。
三、直流电动机的调速1. 电枢调速电枢调速是一种常见的简单调速方式，它通过改变电枢电压的大小，控制电动机的转速。
具体来说，通过调节电枢上电流的大小和方向，可以实现电枢中磁通的改变，从而改变电机的转速。
但是，电枢调速方式容易产生调速失速现象，同时，由于电机负载的变化，需要不断调节电机的电压，使得调速操作比较麻烦。
2. 电阻调速电阻调速是通过在电机电路中加入电阻，从而改变电路阻抗大小，从而实现电机的转速调节。
任务3.3 直流电动机的启动、反转、调速与制动
【任务实施】
1.任务实施的内容 直流电动机的启动、反转、调速与制动试验。 2.任务实施的要求 掌握直流电动机的启动、反转方法、调速和制动的方法。 3.设备器材 导轨、测速发电机及转速表，1套；校正直流测功机，1台；他 励直流电动机，1台；直流电压表，2块；直流电流表，3块；可调 电阻器，3只 。 4.任务实施的步骤 (1)他励直流电动机的启动 按图3-37接线。图中他励直流电动机M用DJ15，其额定功率PN ＝185W，额定电压UN＝220V，额定电流IN＝1.2A，额定转速nN＝ 1600r/min，额定励磁电流IfN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测 功机使用，TG为测速发电机。直流电流表A1、A2选用200mA挡， A3 、A4选用5A挡。直流电压表V1、V2 选用1000V挡。
3.他励直流电动机的回馈制动 图3-36(a)是电车下坡时正回馈制动机械特性，这时n＞n0，是 电动状态，其机械特性延伸到第二象限的直线。图3-36(b)是带位 能负载下降时的回馈制动机械特性，直流电动机电动运行带动位 能性负载下降，在电磁转矩和负载转矩的共同驱动下，转速沿特 性曲线逐渐升高，进入回馈制动后将稳定运行在F点上。需要指出 的是，此时转子回路不允许串入电阻，否则将会稳定运行在很高 转速上。
(2)直流电动机的反转 将电枢串联启动变阻器R1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，将电枢的两端接线对调后，再按他励电 动机的启动步骤启动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏 转的方向。 (3)调速特性 ①电枢回路串电阻(改变电枢电压Ua)调速。保持U＝UN、If＝IfN ＝常数，TL＝常数，测取n＝f(Ua)。 按图3-37接线。直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调 至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U ＝UN，Ia＝0.5IN，If＝IfN，记下此时MG的IF值。 保持此时的IF值(即T2值)和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降 低电枢两端的电压Ua，使R1从零调至最大值，每次测取电动机的端 电压Ua，转速n和电枢电流Ia，记录于表3.6中。
他励直流电动机的启动方法
他励直流电动机的启动方法直流电动机是一种常用的电动机类型，其启动方法有多种，下面我将详细介绍几种常见的启动方法。
1. 直接启动法直接启动法是最简单和常见的直流电动机启动方法。
该方法的基本原理是将直流电源直接连接到电动机的电枢和电枢绕组中，从而使电动机产生转矩，实现启动。
该方法适用于小功率的电动机，特别是要求启动时间较短且转矩较小的场合。
2. 电阻启动法电阻启动法是在直接启动法的基础上增加起动电阻，通过起动电阻的调节来改变电动机的转矩和启动电流。
这样可以降低启动电流、减小对电源和电动机的冲击，同时延长电动机的寿命。
在启动时，起动电阻接入电枢回路，随着电动机转速的逐渐上升，逐渐减小起动电阻的接入量，直到全压法。
3. 电压变频启动法电压变频启动法是通过调节电压和频率来控制电动机启动的方法。
其主要原理是通过变频器将电源的固定电压和频率转换为可调的电压和频率，以实现电动机的平稳启动。
该方法适用于中小功率的电动机，并且可以实现起动转矩平稳调节，避免启动过程中的冲击和电动机的热保护。
4. 惰性启动法惰性启动法是一种通过改变电动机绕组接入方式，在启动时降低电枢电源电压减小电枢回路电阻，从而减小电动机启动时的起动电流和转矩。
该方法适用于对启动电流要求较小的场合，能够有效降低起动对电源和电动机的影响。
5. 自耦变压器启动法自耦变压器启动法是通过将变压器的辅助绕组与电动机连接，自耦变压器提供起动能时，使电动机实现先低压起动，再逐渐升压，从而保护电动机免受起动过程的冲击。
该方法适用于较大功率的电动机，能够提供较稳定的起动性能和较小的启动电流。
总的来说，直流电动机的启动方法有多种，根据实际需求和电动机的特性选择合适的启动方法非常重要。
不同的启动方法有各自的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
在实际应用中，还可以根据需要采用多种启动方法的组合，以达到更好的启动效果和保护电动机的目的。
直流电机启动实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过对直流电机启动过程的学习和实际操作，使学生了解直流电机的基本原理、结构特点以及启动过程中的关键技术。
通过实训，提高学生对直流电机控制系统的认识，培养动手实践能力和故障排除能力。
二、实训内容1. 直流电机基本原理及结构（1）直流电机的工作原理：直流电机通过电磁感应产生转矩，驱动负载旋转。
当电机的线圈通过直流电流时，线圈在磁场中受到力的作用，从而产生转矩，使电机旋转。
（2）直流电机的结构：直流电机主要由定子、转子、电刷、换向器和端盖等部分组成。
2. 直流电机启动过程及关键技术（1）启动过程：直流电机启动时，需要先使电机转子旋转起来，然后逐渐增加电流，以达到额定转速。
（2）关键技术：①启动转矩：启动转矩是电机启动时克服静摩擦力所需的转矩。
启动转矩越大，电机启动速度越快。
②启动电流：启动电流是电机启动时线圈中通过的电流。
启动电流越大，电机启动转矩越大。
③启动时间：启动时间是电机从静止到达到额定转速所需的时间。
3. 直流电机启动实训步骤（1）准备实训器材：直流电机、电源、启动装置、电流表、电压表、转速表等。
（2）连接电路：按照实训要求，将直流电机、电源、启动装置等连接好。
（3）观察电机启动过程：启动电机，观察启动转矩、启动电流、启动时间等参数。
（4）调整启动参数：根据观察结果，调整启动装置，使电机启动过程满足要求。
（5）记录数据：记录电机启动过程中的各项参数，如启动转矩、启动电流、启动时间等。
（6）分析数据：对记录的数据进行分析，找出影响电机启动的关键因素。
三、实训结果与分析1. 实训结果通过本次实训，学生对直流电机启动过程有了直观的认识，掌握了启动过程中的关键技术。
在实训过程中，成功启动了直流电机，并记录了启动转矩、启动电流、启动时间等参数。
2. 数据分析（1）启动转矩：在实训过程中，电机启动转矩满足要求，说明电机具备足够的启动转矩。
（2）启动电流：启动电流较大，说明电机启动时需要较大的电流来克服静摩擦力。
直流电机的启动方法
直流电机的启动方法直流电机的启动方法有很多种，以下将详细介绍几种常见的启动方法。
1. 直流电机的直接启动：直接将直流电源连接到直流电机的绕组，使其获得足够的电压和电流来启动。
这种方法简单直接，适用于小功率的直流电机。
但是，直接启动会产生较大的启动电流冲击，可能造成电网压降和电机烧毁。
2. 利用电阻启动：在直流电机的电源回路中添加一个外部电阻，通过调节电阻的大小来控制启动电压和电流。
启动时，先将电阻接入电路，限制初始电流，待电机达到设定转速后，再逐渐减小电阻的值，使电机获得全额电压。
这种方法可以减小启动时的电流冲击，保护电网和电机。
3. 利用变压器启动：通过变压器来调整电源电压，控制启动电机的电流。
在启动时，通过变压器将电机所需的启动电流限制在可接受范围内，待电机转速达到一定值后，逐渐增加变压器输出的电压，使电机获得额定电压。
这种方法适用于大功率电机的启动，可以减小电网负荷和电机启动时的电流冲击。
4. 利用电容启动：在直流电机的电源回路中添加一个起动电容，通过起动电容的电势差产生的电流相位差，使电机启动。
起动电容可以改变电机线路的相位，相当于改变了电压和电流的相对位置，从而产生助力启动的效果。
这种方法适用于小功率的直流电机，可以减小启动电流和启动扭矩。
5. 利用外加转矩启动：当电机的起动扭矩较大，超过了电机自身的启动扭矩时，可以通过外加转矩的方式来启动电机。
常见的外加转矩启动方法有电动机激励、外驱励、机械传动等，通过这些方式施加外力或外磁场，使电机获得足够的启动扭矩。
这种方法适用于启动难度较大或启动时负载较大的直流电机。
需要注意的是，不同的启动方法适用于不同规格和功率的直流电机，选择合适的启动方法可以保障电机的正常启动运行。
在选择启动方法时，需要综合考虑电机额定功率、转速、负荷情况以及所在工作环境等因素，并遵循电机制造商提供的启动参数和指导。
此外，在启动过程中要注意避免过载和过电流现象的发生，及时检查电机的运行状态和工作温度，确保电机的安全运行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
用右手定则判 感应电动势Ea的方向
I + U –
感应电动势
a
E
N
E
电枢绕组 电阻Ra
S
输出电压
E K E n
U E I a Ra
3.电机拖动系统仿真 目的
以直流电动机为动力的电力拖动系统称为 直流电力拖动系统。生产机械运行时，对拖动 电动机的启动、制动和调速有着不同的规律和 要求。通过应用计算机拖动系统教学的仿真技 术构造直流拖动仿真系统，模拟拖动系统的工 作过程，展现拖动系统的基本运动规律，是研 究的重要手段，也是电力电子与电机系统分析 和控制设计的重要基础。
3.1电机拖动系统仿真的主要内容
DC电机直接启动: 直接启动是将额定电压直接加载到电机电枢两端
的电动机启动方式，具有启动设备简单，启动转
矩大、速度快，启动电流大的的动态过程，通过 可视化的仿真，掌握启动过程的变化规律。
DC电机限流启动: 由于直接启动电流过大，为了限制启动电流，串
电阻分级启动是常用方法之一。在电源和电动机 之间加上启动变阻箱，通过电阻的变化限制电流
2.3.1
3.2 仿真原理
一、起动过程
以三级电阻起动时电动机为例
S
U
S1 S2
M
n
S3
nN
n0
h
Tem I
n3
f 3
g Ra
e
c
a
Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3
d
b
Ra Rst 1 R1
n1
TL IL
2
1
Ra Rst 1 Rst 2 R2
Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3 R3
达到保证启动转矩的目的。由于传统分级启动参
数计算较为复杂，较难理解掌握，对启动过程进 行仿真建模和过程分析，可以简化分析过程，并 得到动态的分级启动过程曲线。
3.1电机拖动系统仿真的主要内容
DC电机调速: 拖动负载运行的直流电动机，由于系统运行的速
度往往需要根据生产机械工艺要求调节，主要通 直 直 直 直 直 过改变电动机的机械特性而达到调速的目的。以 流 流 流 流 流 电 电 电 电 直流拖动系统中广泛采用的变压系统运动的规律 电 机 机 机 机 机 DC电机制动过程： 生产机械工作完毕都要停车，为加快停车过程， 降 调 制 限 直 压 速 动 流 会采用电气制动方法。以能耗制动这种电气制动 接 启 过 启 启 方法为基础，建立仿真模型，模拟制动过程的制 动 程 动 动 动瞬间和制动运行变化特点。
4.1仿真波形
电机启动过程中电流变化曲线 当转速升高至，电流降至（图中b点）时，接 触器KM1触头闭合，将电阻短接，由于机械 惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特 性曲线2上的c点（c点的位置可由所串电阻的 大小控制），电动机又沿曲线2的箭头继续加 速。当转速升高至电流又降至（图中d点）时， 接触器KM2触头闭合，将电阻短接，由于机 械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到 特性曲线3上的e点，电动机又沿曲线3的箭 头继续加速。当转速升高至电流又降至（图 中f点）时，接触器KM3触头闭合，将电阻短 接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将 瞬间过渡到固有特性曲线4上的g点，电动机 又沿曲线4的箭头继续加速，最后稳定运行在 固有特性曲线上的h点，起动过程结束。
T1 I1
T2 I2
Tem I
4.直流电机仿真结果
他励
求出各级启动电阻
R st1 (β 1) R a R st 2 (β 1) βR a βR st1 R st 3 (β 1) β 2 R a βR st 2 R stm (β 1) β m 1R a βR stm1
U Ram β m aN m 2.23 I1R a Ra
1 2 U N I N PN 103 Ra ( ~ ) () 2 2 3 IN
Ram
UaN I1
启动电流:I1=(1.5～2.0)IaN 切换电流:I2=(1.1～1.2)IaN
4.1仿真波形
4.1仿真波形
电பைடு நூலகம்启动过程中电机转速曲线
4.1仿真波形
电机启动过程中负载转矩变化曲线
电流与电磁转矩成正比
5.总结
本设计将直流电机拖动的启动的原理和方法通过计算机仿 真，形象地展现电机启动过程的运动变化规律。通过在仿真环 境中模拟实现电机运行条件，建立电机运行模型，讨论了仿真 运行中的相关问题，给出了直流电机运行仿真的实现过程和结 果分析，实现了直流电机拖动系统的计算机仿真分析。仿真模 型和仿真数据可作为相关课程的教学实例，对于交流拖动系统、 电力拖动控制等系统的计算机仿真分析和设计也极具参考价值， 为电力电子与电机集成系统研究和仿真奠定了基础一1。而关于 仿真系统模型的优化设计，仿真参数的配置方法以及软件与硬 件相结合的电力电子与电机集成计算机仿真等问题还有待进一 步的探讨和研究。
2.直流电机启动原理 F
电刷
+ U –
换向片
N S
I I
F
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动总是上 半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上 由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时 针旋转。 由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应 电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。
直流电动机的起动
目录
1 2 3 4
直流电机启动的要求 直流电机启动原理 直流电机启动仿真
直流电机仿真结果
5
1.直流电机启动的要求
直流电动机是人类最早发明和应用的一种 电机。直流电机可作为电动机用，也可作为发 直流电动机接上电源以后，转速从零达 起动过程 电机用。直流电动机是将直流电转换成机械能 到稳态转速的过程称为起动过程。 的而带动生产机械运转的电器设备。与交流电 动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价 格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良 好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节 起动转矩要大 要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步 协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动 起动基本 起动电流要小 机拖动。在工业领域直流电动机仍占有一席之 要求 地。因此有必要了解直流电动的运行特性。在 起动设备要简单、经济、可靠 四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。