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项目五 直流电动机
一、教学目标
1.认识直流电动机的基本结构，理解直流电动机的工作原理。
2.掌握直流电动机的拆装顺序和步骤。
3.了解直流电动机实验中所用的直流电动机、仪表、变阻器等部件及使用方法。
4.熟悉并励直流电动机的接线、启动、正反转与调速、制动的方法。
5.了解串励直流电动机的接线、启动、正反转与调速、制动的方法。
二、课时分配
本章共3个任务，本章安排8课时。
三、教学重点
本项目通过对直流电动机的工作原理的分析、接线和调试，直流电动机的拆卸和装配，直流电动机如何实现启动、正反转、调速、制动等任务入手，分析直流电动机的原理、基本构造和使用方法，为日后的工作和学习打下坚实的理论基础和实践基础。
四、教学难点
1.掌握直流电动机的拆装顺序和步骤。
2.熟悉并励直流电动机的接线、启动、正反转与调速、制动的方法。
五、教学内容
任务一 认识直流电动机
一、直流电动机的结构组成
1.定子部分
（1）主磁极及励磁绕组：
（2）换向极：
（3）机座：
（4）电刷装置：
（5）端盖和轴承：
2.转子部分
（1）电枢铁心：
（2）电枢绕组：
（3）换向器：
（4）转轴和风扇：
二、直流电动机的分类
1.他励直流电动机
2.并励直流电动机
3.串励直流电动机
4.复励直流电动机
三、直流电动机的工作原理
四、直流电动机的铭牌数据
1.型号
2.功率
3.电压
4.电流
5.转速
6.励磁方式
7.励磁电压
8.工作方式
9.绝缘等级
直流电动机的拆装与测试。
一、实训目的
（1）能正确使用直流电动机的常用拆装工具。
（2）了解直流电动机的拆卸和装配步骤，正确拆装直流电动机，进一步熟悉直流电动机的结构组成。
（3）掌握直流电动机的测试方法和步骤。
二、实训器材
工具、材料、设备等详见表5-1。
三、实训内容及步骤
1.主要实训器材的认识
2.直流电动机的拆装
（1）直流电动机拆卸前的准备工作：
①办理工作票。
②准备好拆卸工具，特别是拆卸对轮的拉马、套筒等专用工具。
③布置检修现场。
④了解待拆电动机结构及故障情况。
⑤拆卸时作好相关标记，以便重新安装时的准确定位：
⑥拆除电源线和保护接地线，测定并记录绕组对地绝缘电阻。
⑦把电动机拆离基座，运至检修现场。
（2）直流电动机大修时检查项目：
①检查电动机各部件有无机械损伤，若有则应作相应修复。
②对解体的电动机，将所有油泥、污垢进行清理干净。
③检查定子绕组表面是否变色，漆皮是否裂纹、绑线垫块是否松动。
④检查定、转子铁芯有无磨损和变形，通风道有无异物，槽楔有无松动或损坏。
⑤检查转子、风扇有无变形、松动裂纹。
⑥检查换向器和电刷有无磨损，刷握的压力是否符合要求。
⑦使用外径千分尺和内径千分尺分别测量轴承室、轴颈，对比文件包内标准是否合格。
（3）直流电动机的拆卸：
①联轴器的拆卸：
②换向器端盖的拆卸：
③换向器和电刷的拆卸：
④抽出转子：
⑤轴承拆卸：
⑥直流电动机拆卸过程中，完成表5-2中的记录。
（4）直流电动机的装配：
直流电动机的装配步骤按拆卸的相反顺序进行。
①清理零部件。
②装配轴承内盖及热套轴承。
③装刷架于前端盖内，将带有刷架的端盖装到定子机座上。
④将机座立放，机座在上，端盖在下，并将电刷从刷盒中取出来，吊挂在刷架外侧。
⑤将转子吊入定子内，使轴承进入端盖轴承孔，安装端盖及轴承外盖。
⑥将电刷放入刷盒内并压好，调整好电刷中性线的位置。
⑦装出线盒及接引出线，安装其余零部件，在基座上安装固定直流电动机。
（5）电刷中性线位置的调整：
①按图5-18所示的电路，接好线路。
②当电枢静止时，将毫伏表接到相邻的两组电刷上（电刷与换向器的接触一定要好），励磁绕组通过开关S接至3V的直流电源。
③频繁地闭合和断开开关S，同时将电刷架向左或右慢慢移动，观察毫伏表的指针摆动情况，直至毫伏表指针不动或摆动最小，此时的电刷位置就是中性线位置。
④将刷架紧固后再测试一次。
⑤直流电动机拆装配完成后，完成表5-3中的记录。
四、注意事项
（1）拆卸皮带轮或轴承时，要正确使用拉具。
（2）电动机解体前，要做好标记，以便于组装。
（3）端盖螺钉的松动与紧固必须按对角线上下左右依次旋动。
（4）不能用铁锤直接敲打电动机的任何部位，只能在垫好木块后用紫铜棒敲击或直接用木榔头敲打。
（5）抽出转子或安装转子时要小心，一边送一边接，不可擦伤定子绕组。
（6）电动机装配后，要检查转子转动是否灵活，有无卡阻现象。
（7）清洗电动机及轴承的清洗剂（汽、煤油）不准随使乱倒，必须倒入污油井。
（8）拆除刷架前，必须做好记号，便于安装后调整电刷的中性线位置。
（9）寻找中性线时，必须保证电刷与换向器之间有良好可靠的接触。
（10）断开、闭合开关S与转动刷架的位置及观察直流毫伏表的指针摆动须同时进行。
一、直流电动机的使用
（1）直流电动机在直接启动时因启动电流很大，这将对电源及电动机本身带来极大的影响。因此，除功率很小的直流电动机可以直接启动外，一般的直流电动机都要采取减压措施来限制启动电流。
（2）当直流电动机采用减压启动时，要掌握好启动过程所需的时间，不能启动过快，也不能过慢，并确保启动电流不能过大（一般为额定电流的1～2倍）。
（3）在电动机启动时就应做好相应的停车准备，一旦出现意外情况时应立即切除电源，并查找故障原因。
（4）在直流电动机运行时，应观察电动机转速是否正常；有无噪声、震动等；有无冒烟或发出焦臭味等现象，如有应立即停机查找原因。
（5）注意观察直流电动机运行时电刷与换向器表面的火花情况。在额定负载工况下，一般直流电动机只允许有不超过112级的火花。电刷下火花的等级，见表5-4。
（6）串励电动机在使用时，应注意不允许空载启动，不允许用带轮或链条传动；并励或他励电动机在使用时，应注意励磁回路绝对不允许开路，否则都可能因电动机转速过高而导致严重后果的发生。
二、直流电动机的维护
1.换向器的维护和保养
2.电刷的使用
三、直流电动机的保护
1.短路保护
2.过载保护
3.欠压保护
4.失压保护（零压保护）
5.过流保护
6.失磁保护
任务二 直流电动机启动和正反转控制
一、对直流电动机启动动性能的基本要求
为了限制启动电流，一般采取两种方法：
1.电枢回路串变阻器的启动方式
2.降低电源电压的降压启动方式
二、并励直流电动机的启动控制
1.手动启动控制线路
2.电枢回路串电阻二级启动控制线路
三、并励直流电动机的正反转控制
直流电动机测试平台基本操作实验。
一、实验目的
（1）掌握直流电动机测试平台的基本操作。
（2）掌握通过多功能电动机测试平台软件对直流电动机进行监控的方法。
（3）了解直流电动机测试平台各部件的功能。
二、实验设备
1.直流电动机测试平台系统结构
该平台的各部件主要功能如下：
（1）直流电动机测试平台控制软件：
该软件是系统的检测及控制部分，主要以下几个作用：
①通过DA转换控制直流电源的输出电压，驱动直流电动机的运行。
②通过AD转换读取直流电动机控制部分的输出电流、输出电压及反馈速度。
③将采集到的数据以图形的方式显示，以方便观察理解系统执行情况。
④通过DA转换设定负载输出。
（2）直流线性电源：
（3）直流电动机：
（4）磁粉制动器：
（5）磁粉控制器：
（6）励磁电流表：
2.直流线性电源
其主要功能为：
（1）220V交流输入接头：为直流线性电源模块提供220V交流电。
（2）电源开关：打开关闭直流线性电源，按下时为打开，弹起时为关闭直流线性电源。
（3）电流AD输入：它的输出电压由外部的输入量给定。
3.直流电动机测试平台控制面板
其功能分别如下：
（1）电源开关：测试平台的总电源开关，上拨为开，下拨为关，带短路漏电保护功能。
（2）停止按钮：在电动机运行时，按下停止按钮可使电动机减速停止。
（3）电源指示灯：显示电路接通状态，当电源开关闭合时，电源指示灯亮。
（4）报警指示灯：用于测试平台异常报警。
（5）正转按钮：控制电动机连续正转。
（6）反转按钮：控制电动机连续反转。
（7）励磁电流表：显示磁粉控制器的励磁电流，表征加载负载转矩的大小。
4.多功能电动机测试平台测试系统
三、实验步骤
（1）将直流电动机测试平台电源插头连接220V交流电源，打开电源开关，打开直流电源开关，将直流线性电源接通220V电源并打开开关。
（2）电源指示灯亮，线性电源启动，测试系统计算机开机启动。
（3）测试系统计算机开机完成后，显示界面如图52-7所示。
（4）打开“实时显示”，设定好输出转速，按下操作面板上的“正转”按钮，面板上正转指示灯亮，电动机正向转动，如图5-28所示。
电动机正转时，观察测试曲线中电压、电流及转速的指针指示值。可读取电动机运转时直流调速盒的输出电流值和电压值以及电动机的转速，如图5-29所示。
（6）在电动机转动的同时，从曲线可以看到电动机转速迅速上升到直流调速器的输出值，曲线的上升快慢由电动机的电气特性决定。
（7）电动机运行时，按下操作面板的“停止”按钮，电动机迅速减速停止。
（8）直流电动机的加速比较快，这一点从直流电动机的实时电压、电流及转速曲线上可以看出，且随电动机特性而变。
（9）电动机处于停止状态后，按下操作面板上的“反转”按钮，电动机反向旋转。面板反转指示灯亮，如图5-30所示。
（10）电动机反转时，观察测试曲线中电压、电流及转速的指针指示值。可读取电动机运转时直流调速盒的输出电流值和电压值及电机的转速，如图5-31所示。
四、　注意事项
（1）在老师的指导下进行实验。
（2）系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内。
（3）实验中，请严格按照本实验步骤进行操作，以防发生意外。
（4）实验完成后按下“停止”按钮，使电动机停止运行，关闭电源。
（5）实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即拨动电源开关，切断电源。
一、串励直流电动机的手动启动控制
二、串励直流电动机的串电阻二级启动控制
三、串励直流电动机的正反转控制
任务三 直流电动机调速和制动控制
一、并励直流电动机的调速控制
直流电动机的调速可通过三种方法来实现：一是电枢回路串电阻调速；二是改变主磁通调速；三是改变电枢电压调速。
1.直流电动机的电枢回路串电阻调速
电枢回路串电阻调速的特点：
（1）只能分级调速，调速的平滑性差。
（2）调速范围较小，直流电动机在空载时几乎无调速作用。
（3）低速时，机械特性很软，转速受负载影响较大。转速越低，电枢回路串入的地那组越大，电能损耗也越大，调速的经济性差。
（4）属于恒转矩调速方式，转速只能由额定转速向下调节。
2.直流电动机的改变主磁通调速
改变主磁通调速的特点：
（1）可以实现无级调速，调速平滑性好，但转速只能向上调节，不能在额定转速以下进行调节。
（2）励磁回路电流小，调速时能量损耗小，调速的经济性好，控制方便。
（3）机械特性较硬，稳定性好。
（4）受到换向能力、机械强度等因素的限制，调速范围较小，在磁通减少太多时，由于电枢磁场对主磁场的影响加大，会使直流电动机的换向火花增大，造成换向困难。
3.直流电动机的改变电枢电压调速
（1）GM调速系统：
①励磁：
②启动：
③调速：
④制动：
（2）晶闸管─直流电动机调速系统：
二、并励直流电动机的制动控制
1.直流电动机的能耗制动控制
（1）串电阻单向启动运转：
（2）能耗制动停转：
能耗制动控制的特点：
（1）所需设备简单，成本低，制动减速平稳可靠。
（2）不易对机械设备制动迅速停止，制动时间较长。
（3）制动过程中，产生的能量消耗在制动电阻上，无法利用。
2.直流电动机的反接制动控制
反接制动控制的特点：
（1）制动转矩恒定，制动效果好，操作简单。
（2）制动时，需要从电网汲取大量的电能。
（3）制动过程中，对机械设备有较强烈的冲击作用。
3.再生发电制动控制
再生发电制动控制的特点：
（1）制动过程中产生的电能可以反馈到电网中，得到再利用。
（2）只能在直流电动机的转速大于理想空载转速的条件下使用，限制了应用的范围。
再生发电制动一般用于起重机械快速下放重物或电车下坡的场合中。
直流电机测试平台的调速和加载实验。
一、实验目的
（1）熟悉直流电动机的工作原理。
（2）熟悉直流电动机常用的调速方法。
（3）了解调速器输出和速度之间的关系。
（4）了解直流电动机的输出转矩与电动机速度的关系。
（5）掌握直流电动机调速和加载实验的操作方法。
二、实验设备
直流电动机测试平台一套。其结构和与任务二中一致。
三、实验步骤
1.直流电动机测试平台的调速实验
（1）将直流电动机测试平台电源插头连接220V交流电源，打开电源开关，打开直流电源开关，将直流线性电源接通220V电源并打开开关。
（2）电源指示灯亮，线性电源启动，测试系统计算机开机启动。
（3）测试系统计算机开机完成后，选择“直流／交流电动机测试”按钮，打开直流交流电动机测试界面，如图5-41所示。
（4）可以看到在曲线显示栏内，显示了初始设置的测试电流、电压及转速的显示比例。
（5）打开实时显示，按下正转按钮，调速实验电动机运行界面如5-41所示，在可以观察到以下几个现象：
①电动机开始正向迅速加速到指定的速度旋转。
②电动机的转速会随输出电压改变而迅速改变。
③曲线窗口中显示转速曲线、调速盒的输出电压、输出电流。
（6）该平台上，可以通过调节线性电源调速模块的输出电压进行速度调节，速度曲线如图5-42所示。
（7）反转时调速与正转调速方法相同，将输出电压逐渐减小到零，如图5-43所示。
2.直流电动机测试平台的加载实验
（1）将直流电动机测试平台电源插头连接220V交流电源，打开电源开关，打开直流电源开关，将直流线性电源接通220V电源并打开开关。
（2）电源指示灯亮，线性电源启动，测试系统计算机开机启动。
（3）测试系统计算机开机完成后，打开多功能电机测试平台软件，并切换到“直流电动机测试界面”窗口如图5-41所示。
（4）打开“实时显示”设定好输出转速，按下正转按钮，电动机开始正转运行，操作面板“正转”指示灯亮。
（5）当加载负载转矩为0时，可以看到励磁电流表显示接近为0。
（6）空载时，电动机正转加载监控界面如图5-41所示，对系统进行加载，在负载值输入框中输入数值更改直流电动机的负载。
（7）给定不同的负载时，观察电流、电压和转速的曲线变化以及数值变化，可以发现，速度降低的同时，电流、电压的变化趋势也随之发生变化，如图5-44所示。
（8）在速度一定情况下，当负载值过大时，电动机发生会发生堵转，因此，在进行实验时，为防止直流电动机发生堵转，在该实验平台出厂前已将可加载负载转矩值进行限定，实验时注意不要给过大的负载。
（9）也可按下反转按钮，在电动机反转状态下进行加载实验。
四、注意事项
（1）在老师的指导下进行实验。
（2）系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内。
（3）实验中，请严格按照实验步骤进行操作，以防发生意外。
（4）实验完成后按下“停止”按钮，使电动机停止运行，关闭电源，关闭计算机。
（5）实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即拨动电源开关，切断电源。
一、串励直流电动机调速控制线路
二、串励直流电动机制动控制线路
1.能耗制动控制线路
串励直流电动机的能耗制动分为自励式和他励式两种。
（1）自励式能耗制动：
（2）他励式能耗制动：
2.反接制动控制线路
串励直流电动机的反接制动可通过位能负载时转速反向法和电枢直接反接法两种方式来实现。
（1）位能负载时转速反向法：
（2）电枢直接反接法：
线路工作原理如下：
①准备启动：
②直流电动机正转：
③直流电动机反转：
六、课后习题
完成项目的项目检测。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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