直流电机习题与解答
第二篇 直流电机
一、填空
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f I 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1P 将 ，电枢电流a I ，转速n 将 ，电动机的效率η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a I 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a I 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，a I ；当负载增加时，T e ，
I；n随着负载增加下降程度比并励电动机要。a
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a r ,电枢电流为a I ,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：,2,2a pr p a a r p r p 22,2
14. 并励直流电动机改变转向的方法有 ， 。
答：将电枢绕组的两个接线端对调，将励磁绕组的两个接线端对调，但二者不能同时对调。
15. 串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向 ，磁通方向 ，转速n 的方
向 。
答：反向，反向，不变。
16. 当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速
将 。
答：下降。
17. 并励直流发电机的励磁回路电阻和转速同时增大一倍，则其空载电压 。 答：不变。
18. 直流电机单叠绕组的并联支路对数为 ，单波绕组的并联支路对数 。 答：2p,2。
19. 直流电机若想实现机电能量转换，靠 电枢磁势的作用。
答：交轴。
20. ★直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是 ；若为电动机，
则直轴电枢反应是 。
答：去磁的，增磁的。
二、选择填空
1. ★★一台串励直流电动机，若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度，设电机的电枢电流保
持不变，此时电动机转速 。
A ：降低，
B ：保持不变，
C ：升高。
答：C
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℅。
答：A
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：改变原动机的转向或改变励磁绕组的接法。
答：C
4. ★把直流发电机的转速升高２０℅，他励方式运行空载电压为01U ，并励方式空载电压为
02U ,则 。
Ａ：01U = 02U ，
Ｂ：01U < 02U ，
Ｃ：01U > 02U 。
答：B
5. ★一直流电动机拖动一台他励直流发电机，当电动机的外电压，励磁电流不变时，增加发
电机的负载，则电动机的电枢电流a I 和转速n 将 。
A ：a I 增大，n 降低，
B ：a I 减少，n 升高，
C ：a I 减少，n 降低。
答：A
6. ★一台并励直流电动机，在保持转矩不变时，如果电源电压U 降为0.5N U ,忽略电枢反应
和磁路饱和的影响，此时电机的转速 。
A ：不变，
B ：转速降低到原来转速的0.5倍，
C ：转速下降，
D ：无法判定。
答：C
7. 在直流电机中，公式n C E e a Φ=Ф和a T I C T Φ=中的Φ指的是 。
A ：每极合成磁通 ，
B ：所有磁极的总磁通，
C ：主磁通每极磁通 ，
D ：以上都不是 。
答：A
8. ★直流电动机在串电阻调速过程中，若负载转矩保持不变，则 保持不变。 A ：输入功率 ， B ：输出功率，
C ：电磁功率 ，
D ：电机的效率。
答：A
9. 起动直流电动机时，磁路回路应 电源。
A ；与电枢回路同时接入，
B ：比电枢回路先接入，
C ：比电枢回路后接入。
答：B
10. 一台并励直流电动机将单叠绕组改接为单波绕组，保持其支路电流不变，电磁转矩将 。
A ：变大，
B ：不变，
C ：变小。
答：C
11. ★一台并励直流电动机运行时励磁绕组突然断开，则 。
A ：电机转速升到危险的高速，
B ：保险丝熔断
C ：上面情况都不会发生。
答：C
12. ★直流电动机的电刷逆转向移动一个小角度，电枢反应性质为 。
A ：去磁与交磁
B ：增磁与交磁
C ：纯去磁
D ：纯增磁
答：A
13. ★一台他励直流发电机，额定电压为200伏，六极，额定支路电流为100安培，当电枢为
单叠绕组时，其额定功率为 ；当电枢为单波绕组时，其额定功率为 。 A ：20W B ：40kW C ：80kW D ：120kW
答：D ，B
14. y = y c = 为单叠绕组y = y c = 为单波绕组。
A ：Q U//2p ±ε
B ：1
C ：2
D ：y c =k-1
E ：（K+1）/2p
答：B ，E
15. ★并励直流电动机磁通增加10℅，当负载力矩不变时（T 2不变），不计饱和与电枢反应的
影响，电机稳定后，下列量变化为：Te ,n ,Ia ,P 2 。
A ：增加
B ：减小
C ：基本不变
答：C ，B ，B ，B
16. ★一台他励直流发电机，额定电压220V ，6极，额定支路电流为100A ，当电枢为单叠绕组
时，其额定功率 ；当电枢绕组为单波绕组时，其额定功率为 。 A ：22kW B ：88kW
C ：132kW
D ：44kW
答：C ，D
17. 在直流电机中，右行单叠绕组的合成节距c y y == 。
A ：p Q u 2,
B ：ε±p
Q u 2, C ：1, D ：2. 答：C
18. ★直流发电机的电刷逆转向移动一个小角度，电枢反应性质为 。
A ：去磁与交磁,
B ：增磁与交磁,
C ：去磁.
答：B
19. ★并励直流电动机在运行时励磁绕组断开了，电机将 。
A ：飞车,
B ：停转,
C ：可能飞车，也可能停转.
答：C
20. 若并励直流发电机转速上升20％，则空载时发电机的端电压U 0将 。
A：升高20％, B：升高大于20％, C：升高小于20％, D：不变.
答：B
21.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。
答：B
22.欲使电动机能顺利起动达到额定转速，要求电磁转矩大于负载转矩。
A：平均, B：瞬时, C：额定.
答：A
23.★负载转矩不变时，在直流电动机的励磁回路串入电阻，稳定后，电枢电流将，转速
将。
A,上升，下降 B,不变，上升 C,上升，上升
答：A
三、判断
1.★并励直流发电机转速上升0.2倍，则空载时发电机端电压上升0.2倍。（）答：错
a=2p。（）2.直流电机的电枢绕组并联支路数等于极数即2
答：错
3.直流电机主磁通既链着电枢绕组又链着励磁绕组，因此这两个绕组中都存在着感应电势。
（）答：错
4.★他励直流电动机在固有特性上弱磁调速，只要负载不变，电动机转速升高。（）答：对
5.直流电机的电枢绕组至少有两条并联支路。（）答：对
6.电磁转矩和负载转矩的大小相等，则直流电机稳定运行。（）答：错
7.★他励直流电动机降低电源电压调速与减小磁通调速都可以做到无级调速。（）答：对
8.并励直流发电机稳态运行时短路电流很大。（）答：错
9.★直流发电机中的电刷间感应电势和导体中的感应电势均为直流电势。（）答：错
10.起动直流电动机时，励磁回路应与电枢回路同时接入电源。（）
答：错
11. 直流电动机的额定功率指转轴上吸收的机械功率。 （ ） 答：错
12. 直流电机无电刷一样可以工作。 （ ） 答：错
13. 直流电机的转子转向不可改变。 （ ） 答：错
14. 同一台直流电机既可作发电机运行，由可作电动机运行。 （ ） 答：对
15. 并励直流电电机不可轻载运行。 （ ） 答：错
四、简答
1. ★在直流电机中换向器-电刷的作用是什么？
答 在直流电机中，电枢电路是旋转的，经换向器-电刷作用转换成静止电路，即构成每条支路的元件在不停地变换，但每个支路内的元件数及其所在位置不变，因而支路电动势为直流，支路电流产生的磁动势在空间的位置不动。
2. ★直流电枢绕组元件内的电动势和电流是直流还是交流？若是交流，那么为什么计算稳态
电动势时不考虑元件的电感？
答 直流电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的。直流电机电枢绕组是旋转的，经换向器-电刷的作用，变换成为静止电路，两电刷间的电路在空间位置是不变的，因而电刷电动势是直流的，所通过的电流也是直流的，电感不起作用。
3. 直流电机的磁化曲线和空载特性曲线有什么区别？有什么联系？
答 直流电机的磁化曲线是电机主磁通与励磁磁动势的关系曲线)(00F f =Φ，电机的空载特性曲线是指电机在某一转速下空载电压与励磁电流的关系曲线)(0f I f U =。由于000Φ∝Φ==n C E U E ，f f f I I N F ∝=20，因此两者形状相似。
4. ★何谓电机饱和现象？饱和程度高低对电机有何影响？
答 电机的磁路由铁心部分和空气隙部分组成，当铁心的磁通密度达到一定程度后，铁心部分的磁压降开始不能忽略，此时随着励磁磁动势的增加，主磁通的增加渐渐变慢，电机进入饱和状态，即电机磁化曲线开始变弯曲。电机的饱和程度用饱和系数来表示，饱和系数的大小与电机的额定工作点在磁化曲线可以分为三段，如图2-1所示，a 点以下为不饱和段，ab 段为饱
和段，b点以上为高饱和段。将电机额定工作点选在不饱和段有两个缺点：
①材料利用不充分；②磁场容易受到励磁电流的干扰而不易稳定。额定工作点选在过饱和段，有三个缺点：①励磁功率大增；②磁场调节困难；③对电枢反应敏感。一般将额定工作点设计在ab 段的中间，即所谓的“膝点”附近，这样选择的好处有：①材料利用较充分；②可调性较好；③稳定性较好。
图2-1
5. 直流电机电枢绕组型式由什么决定？
答 直流电机绕组型式由绕组的合成节距y 决定。1±=y 为叠式绕组；()p K y /1 =为波绕组，其中K 为换向器片数，p 为极对数。
6. ★直流电机电枢绕组为什么必须是闭合的？
答 因为直流电枢绕组不是由固定点与外电路连接的，而是经换向器-电刷与外电路想连接的，它的各支路构成元件在不停地变化。为使各支路电动势和电流稳定不变，电枢绕组正常、安全地运行，此种绕组必须是闭合的。
7. 直流电机电刷放置原则是什么？
答 在确定直流电机电刷的安放原则上就考虑：（1）应使电机正、负电刷间的电动势最大：
（2）应使被短路元件的电动势最小，以利于换向。两者有一定的统一性，一般以空载状态为出发点考虑电刷的安放。因此，电刷的合理位置是在换向器的几何中性线上。无论叠绕组还是波绕组，元件端接线一般总是对称的，换向器的几何中性线与主极轴线重合，此时电刷的合理位置是在主极轴线下的换向片上。
8. ★一台四极直流电动机，试分析下列情况下有无电磁转矩：
（1）有两个极的励磁绕组的极性接反，使主极变为N 、N 、S 、S ，如图2-2（a ）所示；
（2）主极极性和（1）相同，但将电刷B 、D 拿去，在电刷A 、C 两端加直流电压，如图2-2（b ）所示。
答 （1）在四极电机中，A 、C 电刷的极性相同，如同为正，则B 、D 电刷同为负极性。由于电刷是电枢绕组电流的分界线，在电刷C 、D 之间的N 极下的电枢导体电流的方向与电刷D 、A 之间的N 极下的电枢导体电流的方向是相反的，因此电刷C 、A 之间在N 极下电枢导体所产生的总的电磁转矩为零。同理，在电刷A 、C 之间在S 极下的电枢导体所产生的部电磁转矩亦为零，故此时无电磁转矩。
（2）此时对于电枢绕组的上层边而言，在电刷C 、A 之间，在N 极下的上层边的电流方向是相同，因此，其电磁转矩的方向是一致的；在电刷A 、C 之间，在S 极下的上层边的电磁转矩方向也是一致的，并与前者相同，故全部上层边所产生的电磁转矩为N 极下（或S 极下）上层边所产生的电磁转矩的两倍。但对电枢绕组的下层边而言，在电刷C 、A 之间，无论在N 极下的下层边或在S 极下的下层边均有两种不同的电流方向，而且导体数各占一半（假设原四极电机为整距绕组即τ=1y ），故每极下的下层边所产生的电磁转矩刚好抵消为零，如图2-2（b ）所示。实际上，这时相当于一个短了半个极矩的短距绕组的两极电机，其所产生的总电磁转矩，只有原来整距绕组四极电机电磁转矩的一半。
图2-2（a ） (b)
9. ★一台六极直流电机原为单波绕组，如改制成单叠绕组，并保持元件数、每元件匝数、每
槽元件数不变，问该电机的额定容量是否改变？
答 单波绕组的并联支路数等于2，单叠绕组的并联支路数等于电机极数。电枢绕组由单
波改成单叠后，并联支路数由2条变成了6条，每条支路的串联元件数变为原来的1/3，支路电阻也变为原来的1/3。因此，额定电压变为原来的1/3，而额定电流则变为原来的3倍，故电机的容量保持不变。
10.★电枢反应的性质由什么决定？交轴电枢反应对每极磁通量有什么影响？直轴电枢反应的
性质由什么决定？
答电枢反应的性质由电刷位置决定，电刷在几何中性线上时电枢反应是交轴性质的，它主要改变气隙磁场的分布形状，磁路不饱和时每极磁通量不变，磁路饱和时则还一定的去磁作用，使每极磁通量减小。
电刷偏离几何中性线时将产生两种电枢反应：交轴电枢反应和直轴电枢反应。当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离、在电动机中逆转向偏离时，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。
11.★在什么条件下电枢磁动势与磁场相互作用才产生电磁转矩？若电枢磁动势有交、直轴两
个分量，那么是哪个分量产生，哪个分量不产生？还是两个都产生？
答产生直轴电枢磁动势的电流沿电枢表面对称分布在几何中性线两侧，受到异极性磁场的作用，合成电磁力为零，即不产生电磁转矩，产生交轴电枢磁动势的电流对称分布在主极轴线两侧，产生电磁转矩是同一方向的。可见，只有交轴电枢磁动势才产生电磁转矩。
12.直流电机空载和负载运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载后电枢电动势应该用什
么磁通进行计算？
答空载时的气隙磁场由励磁磁动势建立，负载时气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。负载后电枢绕组的感应电动势应该用合成气隙磁场对应的主磁通进行计算。
13.一台直流电动机，磁路饱和。当电机负载后，电刷逆电枢旋转方向移动一个角度。试分析
在此种情况下电枢磁动势对气隙磁场的影响。
答电刷移动后，电刷不在几何中性线上，同时存在交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势。交轴电枢磁动势使气隙磁场发生畸变，因磁路饱和，还有去磁作用，使每极磁通减少。对电动机而言，电刷逆旋转方向移动后，直轴电磁磁动势方向相反，电枢反应起去磁作用，使每极磁通减少。
14.★直流电机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机在额定转速下的空载电动势
为230V（等于额定电压），试问在下列情况下电动势变为多少？（1）磁通减少10% ；（2）励磁电流减少10% ；（3）转速增加20%；（4）磁通减少10%。
答 感应电动势n n C E e Φ∝Φ=，在其它条件不变的情况下，感应电动势E 与磁通Φ和转速n 成正比。
（1）Φ减少10% ，E 亦减少10% ，为20V 。
（2）励磁电流减少10% ，由于磁路饱和，Φ减少不到10% ，E 亦减少不到10% ，因此207V （3）n 增加20% ，E 亦增加20% ，为276V 。 （4）Φ减少10% ，n 上升10% ，V V E 228230)1.01)(1.01(=?+-=。 15. 直流电机的感应电动势公式用机械角速度表示转速时，其结构常数和电磁转矩公式的结构 常数是统一的，试证明。 答 ΦΩ=ΦΩ=ΩΦ=Φ=Φ=T e C a pN a pN n a pN n C E ππ22606060 16. 直流电机的励磁方式有哪几种？每种励磁方式的励磁电流或励磁电压与电枢电流或电枢电 压有怎样的关系？ 答 直流电机励磁方式四种：①他励——励磁电流f I 由独立电源供给，与电枢电流a I 无关；②并励——励磁电流并在电枢两端，励磁电压f U 等于电枢电压U ；③串励——励磁绕组与电枢串联，a f I I =；④复励——既有并励绕组又有串励绕组，按两绕组磁动势方向的异同分成：积复励——串励与并励磁动势同向，差复励——串励与并励磁动势反向。 17. 直流电机空载和负载时有哪些损耗？各由什么原因引起？发生在哪里？其大小与什么有 关？在什么条件下可以认为是不变的？ 答 电机空载运行时有机械损耗、铁耗和附加损耗。机械损耗由转子旋转时轴承摩擦、电刷摩擦以及通风引起，其大小与转速有关。铁耗是由转子旋转时主磁通在电枢铁心交变引起的，其大小与转速的β次方（1<β<2〉和铁心磁密的平方成正比。空载时的附加损耗包括转子旋转时电枢齿槽引起气隙磁通脉动，从而在铁心中产生脉振损耗，以及转子上的拉紧螺杆等结构件中的铁耗。以上三种损耗统称为空载损耗，其中附加损耗所占比例很小。在转速和主磁通不变的情况下，可以认为空载损耗不变。此外，在空载时还存在励磁功率，即励磁电路铜耗。 电机负载时除有机械损耗、铁耗、附加损耗和励磁损耗外，还存在电枢回路铜耗，它与电枢电流的平方成正比。在附加损耗中，除了空载时的两项外，还包括电枢反应使磁场畸变引起的额外电枢铁耗以及由换向电流产生的损耗。 18. ★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？ 答 他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流a I 由0增加到额定值aN I 电枢回路电阻压降a a R I 增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通Φ下降，从而使感应电动势E 下降。由公式a a R I E U -=可知，端电压U 随a I 的增加而下降。 对于并励发电机，除上面两个原因外，端电压下降，引起励磁电流f I 下降，使得Φ下降和E 下降，所以并励发电机的电压变化率比他励发电机电压变化率要大些。 19. ★★做直流发电机实验时，若并励直流发电机的端电压升不起来，应该如何处理？ 答 并励直流发电机的端电压升不起来，可按下述步骤进行处理，先检查一下线路和仪表接法是否正确，然后：①检查电机转速是否达到额定转速；②调节励磁回路所串电阻，使励磁回路电阻小于临界电阻；③把励磁绕组两端对调接在电枢绕组两端，使励磁磁通与剩磁磁通方向一致；④若以上三点都无效,则电机没有剩磁，应给电机充磁。 20. ★并励发电机正转能自励，反转能否自励？ 答 发电机正转时能够自励，表明发电机正转时满足自励条件，即：①有一定的剩磁；②励磁回路的电阻小于与运行转速所对应的临界电阻；③励磁绕组的接线与电机转向的配合是正确的。这里的正确配合就是说当电机以某一方向旋转时，励磁绕组只有一个正确的接法与之相对应。如果转向改变了，励磁绕组的接线也应随之改变，这样才能保证励磁电流所产生的磁场方向与剩磁方向相同，从而实现电机的自励。当电机的转向改变了，而励绕组的接线未改变，这样剩磁电动势及其产生的励磁电流的方向必然改变，励磁电流产生的磁场方向必将与剩磁的方向相反。电机内磁场被削弱，电压不能建立，所以并励发电机正转时能自励；反转时，不改变励磁绕组的两个端头的接线，是不能自励的。 21. ★在励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢绕组感应电动势与空载时电枢绕组感应电 动势大小相同吗？为什么？ 答 负载时电动势比空载时小，由于负载时有电枢反应去磁作用，使每极磁通减小。 22. ★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？ 答 对应于不同的转速有不同的空载曲线，因而临界电阻也不同。电机转速降低，临界电阻减小，当临界电阻小于励磁回路电阻时，电机便不能自励。 23. ★一台他励发电机和一台并励发电机，如果其它条件不变，将转速提高20%，问哪一台的 空载电压提高得更高？为什么？ 答 当转速提高时，两者的空载电压都会提高。两者相比较，并励发电机的空载电压会更高些，因为由n C E e Φ=可知，并励发电机的电动势除与转速有关外，其磁场大小也与感应电动势有关。当转速升高时，不仅有转速升高的原因导致电动势增加，还有因电枢电动势的增加而使励磁电流磁加，并导致磁通增加的原因。这一因素半导致感应电动势进一步增加。 24. ★★为什么并励直流发电机工作在空载特性的饱和部分比工作在直线部分时，其端电压更 加稳定？ 答 在饱和区工作，当励磁电流变化时空载电动势的变化较小，因此端电压更加稳定。 25. ★一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机在额定转速下运行，当发电机的电枢电流 增加时，电动机电枢电流有何变化？分析原因。 答 直流电动机的电枢电流也增加。因为直流发电机电流增加时，则制动转矩即电磁转矩增大（磁通不变），要使电动机在额定转速下运行，则必须增大输入转矩即电动机的输出转矩，那么，电动机的电磁转矩增大，因此电枢电流也增大。 26. ★★如何改变并励、串励、积复励电动机的转向？ 答 改变直流电动机转向就是要改变电磁转矩的方向，电磁转矩是电枢电流和气隙磁场相互作用产生的，因此改变电枢电流的方向或改变励磁磁场的方向就可以达到改变电动机转向的目的。①并励电动机：将电枢绕组的两个接线端对调或将并励绕组的两个接线端对调，但两者不能同时改变；②串励电动机：方法与并励电动机相同；③积复励电动机：要保持是积复励，最简单的方法是将电枢绕组的两个接线端对调。 27. ★并励电动机和串励电动机的机械特性有何不同？为什么电车和电力机车都采用串励电动 机？ 答 并励电动机的机械特性表达式 e e T e a e KT n T C C R C U n -=Φ-Φ=02 当忽略电枢反应时，磁通Φ为不随负载变化的常数，)(e T f n =是一条略下倾的直线，转速随负载增加而略有下降。如果电车和电力机车使用这种电动机，那么当电车载重或上坡时电机将过载较多。 串励电动机的机械特性表达式为:a e R C T U C n 21-= 其中，Φ =C C C C T e 1 1，Φ=C C C e 12，a I C Φ=Φ。串励电动机的励磁电流等于电枢电流，磁路不饱和时a I ∝Φ，ΦC 为一常数，2a e I T ∝；磁路高度饱和时，Φ基本不变，ΦC 与a I 成反比， 而a e I T ∝。串励电动机的机械特性)(e T f n =是一条转速随e T 增加而迅速下降的曲线。当电车载重或上坡时，电动机的转速会自动下降，使得)(e nT 增加不多，因而电机输入功率增加不像并励电动机那样快，所以电车和电力机车通常采用串励电动机拖动。 28. ★★一台他励直流电动机，当所拖动的负载转矩不变时，电机端电压和电枢附加电阻的变 化都不能改变其稳态下电枢电流的大小，这一现象应如何理解？这时拖动系统中哪些量必然要发生变化？对串励电动机情况又如何？ 答 当负载转矩不变时，要求电磁转矩不变。由公式a T e I C T Φ=知，a I Φ必须不变。在他励电动机中励磁是独立的，不计电枢反应的影响时，Φ不变。在e T 不变时a I 必然不变。改变电动机端电压，电动机的输入功率a UI P =1改变，E 改变，n 改变，输出功率Ω=22T P 改变， 铁耗Fe P 改变，而电枢铜耗a a Cua R I P 2=不变。 改变电枢回路附加电阻时，1P 不变，E 改变，n 改变，2P 改变，Fe P 和mec P 改变，Cua P 改变。 在串励电动机中，同样由于a I 不变，Φ不变，结果与他励电动机相似。 29. ★★一台并励直流电动机原运行于某一a I 、n 、E 和e T 值下，设负载转矩2T 增大，试分 析电机将发生怎样的过渡过程，并将最后稳定的 a I 、n 、E 和e T 的数值和原值进行比较。 答 直流电动机稳定运行时，02T T T e +=，2T 增大后，02T T T e +<，从而使得n 下降。由n C E e Φ=知，E 下降，而a a R E U I -=，因此，a I 上升。a T e I C T Φ=，故e T 上升。这个过程一直持续到02T T T e +=为止，电动机在新的状态下稳定运行。与原值相比，a I 增大，n 减小，E 减小，e T 增大。 30. ★★对于一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流保持不变，制动转矩为恒定值。 试分析在电枢回路串入电阻1R 后，对电动机的电枢电流、转速、输入功率、铜耗、铁耗及效率有何影响？为什么？ 答 由转矩平衡方程式20T T T e +=可知，制动转矩不变时电磁转矩是不变的。当电动机的励磁电流保持不变，在不考虑电枢反应的影响或电枢反应保持不变时，气隙磁通Φ=常数，因而电枢电流a I 是不变的。又由于电压U 不变，所以输入功率()f a I I U P +=1不变。从Φ+-=e j a a C R R I U n ) (可知，当U 、a I 、Φ不变时，转速将随着1R 的增大而减小。而n T P 22∝， 所以输出功率随n 下降而下降，因此电机的效率将降低。铜耗)(12R R I P a a Cua +=随1R 增大而 增大，铁耗随n 下降而减少。因此电枢回路串电阻后，电机的转速下降，电枢电流不变，输入功率不变，输出功率减少，铁耗减少，铜耗增加，效率降低。 31. ★★一台并励直流电动机，如果电源电压U 和励磁电流f I 保持不变，加上恒定转矩2T 的 负载以后，发现电枢电流a I 超过额定电流，有人企图在电枢回路中串接一电阻来限制电枢电流，试问是否可行？ 答 当U 、f I 保持不变时，按电动机稳定运行时的转矩平衡方程式220T T T T e ≈+=，a T e I C T Φ=，T C 为一制造常数，因此有2T I C a T =Φ。今电枢电流超过额定电枢电流，即aN a I I >，说明2T I C aN T <Φ，亦即电枢通过额定电流时产生的电磁转矩小于负载转矩。出现这种情况，有如下几种可能，一是负载转矩 2T 较大，或是励磁电流f I 较小，使产生的主磁通Φ减小。企图在电枢回路串电阻来限制电枢电流是不行的。因为在负载转矩2T 及气隙合成磁通Φ一定时，所需的电枢电流也是一定的。 32. ★★试分析在下列情况下，直流电动机的电枢电流和转速有何变化（假设电机不饱和）。 （1）电枢端电压减半，励磁电流和负载转矩不变； （2）电枢端电压减半，励磁电流和输出功率不变； （3）励磁电流加倍，电枢端电压和负载转矩不变； （4）励磁电流和电枢端电压减半，输出功率不变； （5）电枢端电压减半，励磁电流不变，负载转矩随转速的平方而变化。 答 （1）因为磁路不饱和且励磁电流f I 不变，因此主磁通Φ不变。负载转矩不变，即电磁转矩e T 不变，由于a T e I C T Φ=，故电枢电流a I 不变。根据Φ -= e a a C R I U n ，U 减半，故转速n 下降，且n 小于原来的一半； （2）U 减半，输出功率2P 不变，a I 必然上升，否则，由于输入功率a UI P =1（假设为他励），若a I 不变或减小，则1P 减小，2P 必然不能保持不变。a I 上升，n 必然下降。 （3）f I 加倍，则Φ加倍。2T 不变，即em T 不变，故a I 减半。由于U R I a a <<，从n 的表达式右知，此时n 下降。 （4）U 减半而2P 不变，由（2）分析知a I 上升。f I 减半，则Φ减半，)(a a R I U -较Φe C 减小的多，故n 下降。 （5）f I 不变，则Φ不变。由于22n T ∝，e T 近似与2n 成正比，亦即a I 近似与2n 成正比。当U 减半时，假设n 上升，则a I 上升，)(a a R I U -下降，由Φ-=e a a C R I U n /)(得n 下降，；这与假设相矛盾。故n 必然下降，a I 下降。 33. ★一台正在运行的并励直流电动机，转速为1450r/min ，现将它停下来，用改变励磁绕组 的极性来改变转向后（其它均未变），当电枢电流的大小与正相同时，发现转速为1500r/min ，试问这可能是什么原因引起的？ 单片机课程设计 基于单片机的转速测量系统设计 【摘要】介绍了一种基于AT89C51单片机平台,采用光电传感器实施电机转速测量的方法,硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块,并采用C语言编程,结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计 【关键词】转速测量; 单片机; 霍尔传感器；电机；脉冲。 1.概述 1.1 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。 1.2 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。 东北大学秦皇岛分校控制工程学院自动控制系统课程设计 设计题目：直流电动机开环调速系统 设计与仿真 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2015.7.13~2014.7.24 成绩 目录 1.设计任务书 (3) 2.概述 (4) 2.1前言 (4) 2.2 系统原理 (4) 2.3 simulink框图 (5) 3.元件参数设置 (7) 3.1三相交流电压源设置 (7) 3.2.同步六脉冲触发器 (7) 3.3.三相全控桥整流电路 (8) 3.4.直流电动机设计 (8) 4.仿真结果分析 (9) α=时 (12) 4.2 当30o α=时 (14) 4.3 当60o α=时 (17) 4.4 当90o 4.5励磁电流 (19) 5.结论 (20) 6.参考文献 (22) 7.结束语 (22) 东北大学秦皇岛分校控制工程学院 《自动控制系统》课程设计任务书 专业自动化班级姓名 设计题目：直流电动机开环调速系统设计与仿真 一、设计实验条件 地点：实验室 实验设备：PC机 二、设计任务 直流电动机的额定数据为220V，136A，1460r/min，4极， R=0.21 ， a 22 GD=22.5N m；励磁电压为220V，励磁电流为1.5A。采用三相桥式全控整流电路。平波电抗器 L=200mH。 p 设计要求：设计并仿真该晶闸管-电动机（V-M）开环调速系统。观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：7月13日～7月24日 2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料：3天（7月13日～7月15日) 具体设计（含上机实验）：6天（7月16日～7月21日) 编写课程设计说明书：2天（7月22日～7月23日) 答辩：1天（7月24日） 直流电机与交流电动机的区别 区别就是驱动电源的种类不同，交流电机是交流，直流电机是直流。 交流电机是定子所形成的旋转磁场在转子上感应出电势后产生的旋转动力。 转速一般是固定的转速。但由于其结构简单，供电电源方便，所以大量使用于工业企业中。小到家用冰箱洗衣机吸尘器，大到机床，等等，都使用交流电机。 直流电机的定子是一个固定磁场，直流电通过转子的电刷在其周围形成变化的磁场，从而在定子内转动。 由于交流比较容易获得，比较容易输送，所以目前我们所使用的电动机械大部分都是交流电机驱动的，交流电机应用更广泛一些。 直流电机是磁场不动，导体在磁场中运动；交流电机是磁场旋转运动，而导体不动. 直流电动机分为定子绕组和转子绕组.定子绕组产生磁场.当通直流电时.定子绕组产生固定 极性的磁场.转子通直流电在磁场中受力.于是转子在磁场中受力就旋转起来.直流电机构造 复杂.造价高. 交流电动机分定子绕组和转子导体.转子导体形状像鼠笼，导体与导体之间用硅钢片.有的交流电动机转子也有绕组. 三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，定子绕组产生旋转磁场后，转子导体（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。 直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。 交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等。 单片机原理及应用 课程设计报告书 题目：用单片机控制直流电动机并测量转速姓名：徐银浩 学号：1110702225 专业：电子信息工程 指导老师：沈兆军 设计时间：2014年 11月 信息工程学院 目录 1. 引言 (1) 1.1 设计意义 (1) 1.2 系统功能要求 (1) 2. 方案设计 (1) 3. 硬件设计 (3) 3.1 AT89C51最小系统 (3) 3.2 按键电路 (4) 3.3 A/D转换模块 (4) 3.4. D/A转换模块 (6) 3.5 电机转速测量电路 (7) 3.6 显示电路 (8) 3.7 总电路图 (10) 4. 软件设计 (111) 4.1 系统主程序设计 (12) 4.2 按键扫描程序设计 (12) 4.3 显示子程序 (12) 4.4 定时中断处理程序 (12) 4.5 A/D转换程序 (13) 5. 系统调试 (14) 6. 设计总结 (16) 7. 参考文献 (17) 8. 附录A；源程序 (18) 9. 附录B；电路原理总图、作品实物图片 (23) 用单片机控制直流电动机并测量转速 1 引言 1.1. 设计意义 电动机作为最主要的动力源，在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法，随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化，本系统利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。 1.2.系统功能要求 单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。 通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速。 手动扩展。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电动机减速减。在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。 用显示器LED或LCD显示数码移动的速度，及时形象地跟踪直流电动机转速的变化情况。 2 方案设计 为了使用单片机对电动机进行控制，对单片机的基本要求应有足够快点速度；有捕捉功能。总体设计方案如图所示 第一章课程设计内容及要求 1. 直流电动机的机械特性仿真； 2. 直流电动机的直接起动仿真； 3. 直流电动机电枢串联电阻启动仿真； 4. 直流电动机能耗制动仿真； 5．直流电动机反接制动仿真； 6. 直流电动机改变电枢电压调速仿真； 7. 直流电动机改变励磁电流调速仿真。 要求：编写M文件，在Simulink环境画仿真模型原理图，用二维画图命令画仿真结果图或用示波器观察仿真结果，并加以分析 第二章直流电动机的电力拖动仿真绘制 1）直流电动机的机械特性仿真 clear; U_N=220;P_N=22;I_N=115; n_N=1500;R_a=;R_f=628; Ia_N=I_N-U_N/R_f; C_EPhi_N=(U_N-R_a*Ia_N)/n_N; C_TPhi_N=*C_EPhi_N; Ia=0;Ia_N; n=U_N/C_EPhi_N-R_a/(C_EPhi_N)*Ia; Te=C_TPhi_N*Ia; P1=U_N*Ia+U_N*U_N/R_f; T2_N=9550*P_N/n_N; figure(1); plot(Te,n,'.-'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); ylim([0,1800]); figure(2); plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); hold on; R_c=0; for coef=1:;; U=U_N*coef; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('U=',num2str(U),'V'); s_y=1650*coef; text(50,s_y,str); end figure(3); n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); hold on; U=U_N;R_c=; for R_c=0::; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('R=',num2str(R_c+R_a),'\Omega'); s_y=400*(4-R_c*; text(120,s_y,str); 直流电机与交流电机的区别 电动机的作用是将电能转换为机械能。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。 (一) 交流电动机及其控制 交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。 1. 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机的构造也分为两部分：定子与转子。 （1）定子： 定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。 （2）转子： 转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。掌握他们各自的特点与区别。鼠笼式用于中小功率（100K以下）的电动机，他的结构简单，工作可靠，使用维护方便。绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为之间。 掌握定子绕组的接线方法。 2. 三相异步电动机的工作原理 掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式，进行计算。同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为。书上的例题要重点掌握。 3. 三相异步电动机铭牌上的数据 （1）型号：掌握书上的例子。 （2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速，我国的频率为50赫兹。（3）连接方法：有Y型和角型。 （4）绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。 （5）工作方式：一般了解。 4. 三相异步电动机的机械特性 掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。书上的公式要掌握并能灵活运用进行计算。同时记住以下内容： （1）在等速转动时，电动机的转矩必须和阻转矩相平衡。 （2）当负载转矩增大时，最初瞬间电动机的转矩T（3）一般三相异步电动机的过载系数是. （4）电动机刚启动时n=0,s=1. 目录 绪论 (2) 第1章参数计算与设备选型 (3) 1.1控制芯片 (3) 1.2测速发电机 (4) 1.3模数转化器件——ADC0809 (6) 第2章系统设计 (9) 2.1 系统方框图 (9) 2.2 硬件设计 (10) 2.2.1 直流测速发电机 (10) 2.2.2 ADC0809与单片机连接 (10) 2.2.3 数码管 (11) 2.2.4 综合接线图 (11) 2.3 软件设计 (12) 2.3.1 程序设计思路说明 (12) 2.3.2 总程序控制流程图 (13) 2.3.3 ADC0809工作流程图及程序 (14) 2.3.4显示部分工作流程图及程序 (15) 第3章结论 (18) 参考文献 (19) 绪论 在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。与之而来的问题是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对直流电机的控制。 直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，例如在发动机，电动机，机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等，转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。 目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。 模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。 数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆，最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具体的又可分为M法，T法和M\T法。 此外，市场上已经有了技术成熟的电机测速装置，如利用霍尔元件设计制作的直流电机测速仪等，凭借其精度高，稳定性好等优势占有重要的一席之地。 而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。主要要求是通过测速直流发电机作为传感器，检测直流电机的转速，并输出与转速相关的电压，通过ADC0809芯片将测速发电机输出电压转换成电压的数字信号。控制芯片采用AT89C51将采集转换后的数字信号进行处理，得到转速，并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从转速检测到数据处理到显示的一整套功能。 设计名称：直流电机调速及速度系统设计院系：工学院电气与信息工程系专业班级：自动化 小组组号： 小组成员： 日期： 一、方案比较、设计与分析 1、稳压电源 直流稳压电源通过MC34063芯片所构成降压电路，把输入的24V的直流电压降为12V的直流稳压电源，为所有的电路模块和系统提供所需要的电源电压该电路的仿真图如图3所示。 图1 直流稳压电源 2、电机调速模块 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短即通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而达到控制电动机转速的目的。 图2 占空比仿真波形 图 3 电机调速电路图 3、测速模块 方案一：霍尔传感器测量方案 霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的，其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件霍尔转速传感器其引脚封装如图3所示。在直流电机扇叶两端放置固定的互相垂直的感应接收装置A和B，在电机的扇叶上贴上磁片HA和HB，当电 机转动的时候就会产生速度感应信号。 图4 霍尔元件封装图 优点：采用霍尔传感器是通过对磁场的感应，从而产生电信号脉冲的元件，霍尔 元件的感应灵敏，能够比较准确的反映直流电机的转速，而且改元件的体积较小， 方便使用。 方案二：光电传感器采集速度数据 转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在直流电机的扇叶上做好光电标记,具体 办法可以是:将一片白色的纸板作为光电标记,然后将光电传感器(光电头) 固定 在正对光电标记的某一适当距离处。当直流电机转动时，光电头每照到一次白色 的纸板，光电传感器就会产生一个脉冲信号，从而达到计数的目的。 直流电动机与交流电动机的比较 【摘要】本文着重介绍了直流电机与交流电机的不同点，旨在提高工程中对电机的识别和选择的能力，提高实践教学中教师的理论水平。 【关键词】绕组；电磁转矩；直线 电机是一种将电能与机械能进行相互转换的电磁装备，在自动控制系统中，它作为一种将电压信号或电流信号转变为转轴的角速度或角位移输出的执行元件，应用日益广泛。 根据电源性质的不同，电机分为直流电动机和交流电动机，两者的工作原理及力矩产生的方式基本相同，其输出功率一般为0.1～10kW。两者都具有调速范围宽、机械特性和调节特性好、无自转现象、动态响应快等特点。但两者比较起来除了各自的应用场合不同外，还有以下四个方面的不同。 一、结构 要实现能量转换，电路和磁场之间必须有相对运动，所以旋转电机就要具备静止的定子和转动的转子两大部分。 直流电机的定子由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。其中主磁极的铁心通常由硅钢片冲制叠压而成，特别是永久式直流伺服电机的定子上安装由永久磁钢制成的磁极，经充磁后产生气隙磁场。直流伺服电机的转子由电枢铁芯和电枢绕组、换向器等组成。 交流电机的定子由定子铁芯、定子绕组和机座组成，定子铁芯中安放着两种绕组，一相作为励磁绕组，另一相作为控制绕组[1]。转子由转子铁芯、转子绕组和转轴组成，其中笼形转子用高电阻率的导电材料（如黄铜等）制造。这是因为转子电阻越大，Sm减小，转速可调范围D就越大。 二、控制方法 对于直流电机，有电机学公式[2]， 电枢电流和电磁转矩的关系为 两式结合得： 由此可知，在电磁转矩不变的情况下，改变电枢电压或励磁磁通，都可以改变电机的转速。通过改变电枢电压来控制电机转速的方法称为电枢控制；通过调节磁通来控制转速的方法称为磁极控制。 对于交流电机，控制包括启动、制动和调速等，这里只分析调速。 电机学中， 可知，异步电动机有下列三种基本调速方法： 1.改变定子极对数p调速。 2.改变电源频率f调速。 3.改变转差率s调速。 特别的是在伺服电机如单相异步电机，可以改变励磁绕组和控制绕组的电压幅值和两者之间的相位来可以改变电机的磁场的大小、方向和形状，这样也可以达到控制电机的效果。 三、静态特性 电机的静态特性（static characteristics）包括机械特性[3]和调节特性。提前说明的是这里所做的分析都是假设磁路趋于饱和（非饱和），电刷位于几何中心线，气隙磁通恒定的条件下进行的。 #include 可实现功能： 1 可控制左右旋转 2 可控制停止转动 3 有测速功能，即时显示在液晶上 4 有速度档位选择，分五个档次，但不能精确控速 5 档位显示在液晶上 用到的知识： 1 用外部中断检测电机送来的下降沿，在一定时间里统计 脉冲个数，进行算出转速。 2 通过改变占空比可改变电机速度，占空比的改变可以通过改变定时器的重装初值来实现。 3 要想精确控制速度，还需要用自动控制理论里的PID算法，但参数难以选定，故在此设计中没有涉及！ #include sbit detect=P3^2; //检测脉冲 sbit lcdrs=P0^0; sbit lcden=P0^1; #define Da P2 uint temp; //保存检测到的电平数据以便比较 uint count; //用于计数 uint aa,bb; //用于计数 uint speed; //用来计算转速 uint a=25000; uint t0=25000,t1=25000; //初始时占空比为50% uchar flag=1; //此标志用于选择不同的装载初值uchar dflag; //左右转标志 uchar sflag=1; //用来标志速度档位 #define right_turn PW1=0;PW2=1 //顺时针转动#define left_turn PW1=1;PW2=0 //逆向转动#define end_turn PW1=1;PW2=1 //停转 void keyscan(); //键盘扫描 void delay(uchar z); void time_init(); //定时器的初始化 void write_(uchar ); //液晶写指令 void write_data(uchar date); //液晶写数据 void lcd_init(); //液晶初始化 void display(uint rate); //显赫速度 void int0_init(); //定时器0初始化 void keyscan(); //键盘扫描程序 void judge_derection(); void main() { time_init(); //定时器的初始化 lcd_init(); //液晶初始化 int0_init(); //定时器0初始化 while(1) { } } void time_init() 目录 直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 (1 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1 (1直流伺服电机的特性及选用 (1 (2直流伺服电机与驱动 (2 (3PWM直流调速驱动系统原理 (3 2.交流(AC伺服电机及其驱动 (4 直流(DC与交流(AC伺服电机及驱动 1.直流(DC伺服电机及其驱动 (1直流伺服电机的特性及选用 直流伺服电机通过电刷和换向器产生的整流作用,使磁场磁动势和电枢电流磁动势正交,从而产生转矩。其电枢大多为永久磁铁。 直流伺服电机具有较高的响应速度、精度和频率,优良的控制特性等优点。但由于使用电刷和换向器,故寿命较低,需要定期维修。 20世纪60年代研制出了小惯量直流伺服电机,其电枢无槽,绕组直接粘接固定在电枢铁心上,因而转动惯量小、反应灵敏、动态特性好,适用于高速且负载惯量较小的场合,否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯量匹配,增加了成本。 直流印刷电枢电动机是一种盘形伺服电机,电枢由导电板的切口成形,导体的线圈端部起换向器作用,这种空心式高性能伺服电机大多用于工业机器人、小型NC 机床及线切割机床上。 宽调速直流伺服电机的结构特点是励磁便于调整,易于安排补偿绕组和换向极,电动机的换向性能得到改善,成本低,可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。永久磁铁的宽调速直流伺服电机的结构如下图所示。有不带制动器a和带制动器b两种结构。 电动机定子(磁钢1采用矫顽力高、不易去磁的永磁材料(如铁氧体永久磁铁、转子(电枢2直径大并且有槽,因而热容量大,结构上又采用了通常凸极式和隐极式永磁电动机磁路的组合,提高了电动机气隙磁通密度。同时,在电动机尾部装有高精密低纹波的测速发电机,并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器,为速度环提供了较高的增量,能获得优良的低速刚度和动态性能。 日本发那科(FANUC公司生产的用于工业机器人、CNC机床、加工中心(MC 的L系列(低惯量系列、M系列(中惯量系列和H系列(大惯量系列直流伺服电机。其中L系列适合于频繁启动、制动场合应用,M系列是在H系列的基础上发展起来的,其惯量较H系列小,适合于晶体管脉宽调制(PWM驱动,因而提高了整个伺服系统的频率响应。而H系列是大惯量控制用电动机,它有较大的输出功率,采用六相全波 本科实验报告 课程名称：微机原理及接口技术 课题项目：直流电机测速实验 专业班级：电科1201 学号：2012001610 学生姓名：王天宇 指导教师：任光龙 2015年 5 月24 日 直流电机测速实验 一、实验目的 1.掌握8254的工作原理和编程方法 2.了解光电开关，掌握光电传感器测速电机转速的方法。 二、实验内容 光电测速的基本电路有光电传感器、计数器/定时器组成。被测电机主轴上固定一个圆盘，圆盘的边缘上有小孔。传感器的红外线发射端和接收端装在圆盘的两侧，电机带动圆盘转到有孔的位置时，红外线光通过，接收管导通，输出低电平。红外线被挡住时，接收截止，输出高电平。用计数器/定时器记录在一定时间内传感器发出的脉冲个数，就可以计算车电机的转速， 三、线路连接 线路连接：8254计数器/定时器0和2作为定时器，确定测速时间，定时器0的CLK0连1MHZ脉冲频率，OUT0作为定时器2的输入，与CLK2相连，输出OUT2与8255的PA0端相连。GATE0和GATE2均接+5V，8354计数器/定时器1作为计数器，，输入CLK1与直流电机计数端连接，GATE1与8254的PC0相连。电机DJ端与+5V~0V模拟开关SW1相连。如下图所示。 四、编程提示 8254计数器/定时器1作为计数器记录脉冲个数，计数器/定时器0和2作为定时器，组成10~60秒定时器，测量脉冲个数，算出点击每分钟的转速并显示在屏幕上， 8255的PA0根据OUT2的开始和结束时间，通过PC0向8254计数器/定时器1发出开始和停止计数信号。 五、流程图 六、实验程序： DATA SEGMENT IOPORT EQU 0D880H-0280H IO8255K EQU IOPORT+283H IO8255A EQU IOPORT+280H IO8255C EQU IOPORT+282H IO8254K EQU IOPORT+28BH IO82542 EQU IOPORT+28AH IO82541 EQU IOPORT+289H IO82540 EQU IOPORT+288H MESS DB 'STRIKE ANY KEY,RETURN TO DOS!', 0AH, 0DH,'$' COU DB 0 COU1 DB 0 COUNT1 DB 0 COUNT2 DB 0 COUNT3 DB 0 COUNT4 DB 0 DATA ENDS CODE SEGMENT 5.2 基于MATLAB的电机起动仿真 在上节直流电机参数测试的基础上，本节作了基于MATLAB/Simulink的直流电机起动仿真研究[46-47]，得到了电机起动过程中的电动机电流、电动机角速度、电枢电压和电磁转矩波形并分析了其仿真结果，为实物测试提供了简便经济的预测和验证。 5.2.1 电机起动仿真模型的建立 自MATLAB从5.3版本中新增进了电力系统工具箱（Power System Blockset）发展至今，MATLAB在电力系统仿真中的应用越来越广泛。电力系统工具箱是一个基于图形编程的电力系统仿真工具箱。主要是由加拿大的HydroQuebec和International公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，使用者不需要自己编程而只需将仿真的电力系统图搭建在工作窗口中，MATLAB自动将其变化成状态方程描述的系统形式，便可以在SIMULINK下进行仿真研究了。 图5.4 电机起动仿真模型 电力系统工具箱包含的模块有：Electrical Sources（电源库）、Elements（元件库）、Power Electronics（电力电子元件库）、Machines（电机库）、Connectors （连接器库）、Measurements（测量仪器库）、Extra Library（附加元件库）、Demos （示例库）、Powergui（图形用户界面graphical user interface），在此基于MATLAB 对电机起动进行SIMULINK仿真。 搭建的电机起动仿真模型主要由直流电压源（DC V oltage Source）、理想开关（Ideal Switch）、电机起动器（Motor Starter）、直流电机（DC machine）、串联RLC支路（Series RLC Branch）、电压表（V oltage Measurement）、信号分解模块（Demux）和示波器（Scope）等模块构成。仿真模型如图5.4所示。 仿真系统中励磁电压Ef由一个直流电压源提供，电枢绕组电动势E由另一个直流电压源经一个由计时器（Timer）控制的理想开关（Ideal Switch）提供。采用电枢回路串电阻三级起动，电机起动器由搭建并封装的子系统（Motor 1 电机类型选择 1.1 电机类型 他励电机 激励直流电机串励电机 直流电机复励电机复励电机 永磁直流电机（小功率） 鼠笼型电机 异步电机 交流电机绕线型电机 普通同步电机 同步电机无换向器电机 磁阻电机 1.2 交流电机与直流电机的比较： 交流电机结构简单，价格便宜，维护方便，但起动及调速特性不如直流电机。因此当生产机械起动、制动及调速无特殊要求时，应采用交流电机。但近年来，随着电力电子技术的发展，交流调速装置性能与成本已能和直流调速装置竞争，越来越多的直流调速领域被交流调速所占领。 不需调速的机械，包括连续工作制、短时工作制和重复短时工作制机械，应采用交流电机。在某些操作特别频繁、交流电机在发热和起动特性上不能满足工艺要求时，如可逆轧机前后工作辊道、机架辊等，才考虑直流电机。（GD2——飞轮转矩） a）直流电机受换向器限制，按目前制造水平，其最大转速与功率成绩～106kW·r/min。当接近或超过该值时，需采用交流电机。 b）同转速下，交流电机GD2比直流电机小。电机转速越高，交流、 直流电机GD2之差越大。 c）直流电机GD2大和功率受限。因此许多大型连轧机组轧机主传动采用双电枢、三电枢直流电机传动，但造价高、占地面积大。随着交流调速技术发展，多电枢方案已不可取，应考虑采用单台交流电机。如高速线材精轧机组主传动，采用单台交流电机方案。 d）直流电机效率低、耗能大，散热条件差，需要冷却通风功率大。交流同步电机的效率高，通风功率小，比直流电机节能、节水。交流异步电机功率因数低，效率与直流电机差不多。 e）在环境恶劣场合应采用无换向器、无火花、密闭的交流电机。 f）交流、直流电机调速性能差不多。交流电机本身维护工作量较小，其调速系统要求有较高的调整和维护水平。 2 电机电压选择 工业企业供电电压一般为10kV、6kV、380V。 电机额定电压和容量范围见下表。 单片机课程设计报告书 题目：电机测速系统 院系名称：自动化学院 学生姓名： 专业名称：自动化 班级：自动XXXX班 时间：20XX年X月X日至 X月XX日 电机测速系统 一、设计目的 随着科技的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。 二、设计要求 1.用按键控制电机起停； 2.电机有两种速度，通过按键来改变速度； 3.通过数码管显示每分钟或每秒的转速。 四、设计方案及分析（包含设计电路图） 1． STC89C52单片机介绍 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 （1）单片机最小系统 单片机最小系统电路如图所示，由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。 图单片机最小系统 （2）晶振电路 （3）复位电路 （一）直流电机驱动方式 直流驱动作为一种比较便宜的驱动方式很早以前就已居电动设备上广泛应用。然而，直流系统本身在性能、维修等方面存在一些固有的缺陷。 20世纪90年代前的电动车辆几乎是直流电机驱动的。直流电机本身效率低，体积和质量大，换向器和碳刷限制了它转速的提高，最高转速为6000－8000r/min。其工作原理是：直流电流经碳刷输送到换向器，并传到转子。 这各方式有两个明显的缺陷：第一，所有的电枢电流必湏经由碳刷来输送，电机的性能取决于碳刷的物理尺寸及磨损情况，而且这也会限制电机制动性能的发挥。另外，碳刷容易损坏，必湏定期（半年至一年）更换，否则会极大地影响电机寿命。考虑到这一点，直流电机上往往配臵侦测碳刷磨损并发出警告的装臵。第二，直流电动机的热量主要产生在电动机的内部部件，因此大多数直流电机都会同时配备一个风扇用于散热。以上装臵无疑增加了电机的成本。 因此，选购电机叉车时，选购直流驱动方式的电动机车主要是考虑了叉车的价格因素，考虑了直流驱动是一种比较便宜的驱动方式，同时直流驱动应用较早，技术也比较成熟。但如上所述，直流电机也具有很多缺点，这是企业在采购电动叉车时必湏考虑的技术因素。 （二）交流电机驱动方式比较分析 以交流电机为核心的交流驱动系统因其生产效率高、维护成本低被业内专家誉为21世纪电动叉车的革命性技术。全球叉车巨头竞相推出性能更佳的交流驱动电动叉车，以丰富自己的产品，满足用户需求，赢得市场份额。国内领先的叉车企业也开始致力于交流技术应用方面的研发，将新型交流驱动电动叉车作为参与国内乃至全球市场竞争的制胜砝码。 感应电机交流驱动系统是20世纪90年代民展起来的新技术。其原理是将三相交流电输送给固定的定子绕组，产生旋转的磁场感应闭合的转子绕组产生电流，转子在电磁力的作用下顺着旋转磁场的转动方向旋转。电机控制器采用矢量控制的变频调速方式。交流电动机最为突出的优势是没有碳刷，也没有直流电动机通常对最大电流方面的限制，这意味着电动机在实际使用中可以得到更多的能量及更大的制动扭力，于是可以更快的速度运转。其次，交流电动机的热量主要发生在电动机外壳部分的定子线圈，便于冷却与散热。因此，交流电动机比直流电动机所需元件数量大大减少，没有需要定期更换的易损件，几乎不用维护，更高效，更坚固耐用。近年来，随着交流感应电机变频技术的进步，以及大功率半导体器件和微处理器速度的大幅度提高，感应电机交流驱动系统与直流电机驱动系统相比，具有效率高、体积小、质量小，结构简单、免维修、易于冷却和寿命长等优点。该系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩、高速恒功率运转，很好地满足了电动车辆实际行驶所需的转速特性。 可以说，正是半导体技术突飞猛进催生了交流电机的技术革命，使交流电机的控制能力大大增强：而且，随着电子元件价格不断下跌，交流电机控制器硬件部分的成本得以降低，从而为交流驱动系统的大规模推广应用奠定了基础，创造了条件。 由此可见，选购电动叉车时，选择采用交流驱动系统的叉车具有明显优势。 三、选购交流驱动系统的叉车需要考虑的因素 科信学院 课程设计说明书（2012/2013学年第二学期） 课程名称：单片机应用课程设计 题目：简易小直流电机测速 专业班级：10级自动化三班 学生姓名：师鑫源 学号：100412309 指导教师：苗敬利高敬格王巍杨怡君 设计周数：两周 设计成绩： 2013年6月27日 目录 摘要.......................................................................................................... ............................ (3) 1、课程设计目的 (4) 2、课程设计要求 (4) 3、课程设计器材 (4) 4、课程设计正文 (5) 4.1系统分析与实施 (5) 4.2硬件部分 (5) 4.2.1 STC90C52AD功能参数介绍 (5) 4.2.2时钟电路设计 (6) 4.2.3按键电路设计 (8) 4.2.4显示电路设计 (8) 4.2.5复位电路设计 (9) 4.2.6检测电机转速的电路设计 (10) 4.3系统硬件调试 (12) 4.3.1.调试方案 (12) 4.3.2.仿真调试结果 (12) 4.3.3硬件调试结果 (12) 4.4 软件设计 (14) 4.4.1软件系统分析 (14) 4.4.2 系统软件设计 (17) 4.4.3 系统软件实施与调试 (23) 5、课程设计总结 (23) 6、课程设计经验 (24) 7、参考文献 (24) 附录一、protel软件绘制的工作原理图 (11) 附录二、PROTUES软件绘制的仿真图 (13) 摘要 长春大学 课程设计说明书 题目名称直流电机速度PID控制与仿真 院（系）电子信息工程学院 专业（班级）自动化13403 学生姓名张华挺 指导教师曹福成 起止日期2016.10.24——2016.11.04 ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 直流电机速度PID控制与仿真 摘要：在本次课程设计中重点研究直流电机的工作原理以及直流电机的各种调速方法。在调速控制中，我们包含两个大的部分，一个是直流电机的开环控制，另一个是直流电机的闭环控制，在直流电机的闭环控制中，又分别介绍转速闭环控制和PID闭环控制，并且对直流电机的每个模型进行建模并仿真，观察其动态性能，分析研究直流电机的各个控制的优缺点。 关键词：直流电动机；转速控制；PID控制；Matlab仿真 ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ DC Motor Speed PID Control and Simulation Abstract: In this curriculum design, the work principle of DC motor and DC motor speed control methods are studied. In speed control, we include two parts, one is the open loop control of DC motor, the other is a closed loop DC motor control in DC motor closed-loop control, and introduces the speed closed-loop control and PID control, and each model of the DC motor for modeling and simulation to observe the dynamic performance analysis of DC motor control and the advantages and disadvantages of each. Keywords: DC motor; speed control; PID control; Matlab simulation直流电机测速
直流电动机开环调速系统设计与仿真
直流电机与交流电动机的区别
单片机控制直流电机并测速(电压AD、DA转换以及pwm按键调速正转反转)
直流电动机的MATLAB仿真..
直流电机与交流电机的区别
基于单片机的直流电机转速测量与显示(DOC)
直流电机测速系统
直流电动机与交流电动机的比较
直流电机+PWM+测速显示(1)
直流电机测速并显示
直流(DC)与交流(AC)伺服电机及驱动
微机原理实验报告直流电机测速实验
直流电机起动仿真
交流 直流电机的选择比较
直流电机测速系统课程设计
直流电机与交流电机的对比
简易小直流电机测速
直流电机PID控制与仿真