任务四2掌握他励直流电动机的基本控制线路294303页.docx
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任务四2掌握他励直流电动机的基本控制线路294303页
2、掌握他励直流电动机的基本控制线路
一、工作任务
子任务2掌握他励直流电动机的基本控制线路
二、任务描述
根据控制要求设计电路原理图，控制要求：
1、有一台他励直流电动机，试设计带启动控制和调速控制；2、该电路中要设有短路、过载、失磁、欠压等保护装置；3、根据设计的电路图配置相关电气元件和安装此电路。
学生接到本任务后，应根据任务要求，准备工具和仪器仪表，做好工作现场准备，严格遵守作业规范进行施工，线路安装完毕后进行调试，填写相关表格并交检测指导教师验收。
按照现场管理规范清理场地、归置物品。
三、任务要求
1、理解他励直流电动机和其控制电路在工厂中的应用范围；
2、理解他励直流电动机的启动方法，弄清他励直流电动机控制要求；
3、学会他励直流电动机的调速控制方法；
4、能根据控制要求设计出他励直流电动机的启动、调速控制电路图；
5、能根据电路原理图安装其控制电路，做好电气元件的布置方案，做到安装的器件整齐、布线美观、好看；
6、通电试车，必须有指导教师在现场监护，同时要做到安全文明生产；
7、认真填写学材上的相关资讯问答题。
四、能力目标
1、能根据控制要求正确设计他励直流电动机的启动和调速控制线路；
2、能掌握相应电气元件的布置和布线方法；
3、学会正确安装与检修他励直流电动机控制线路；
4、各小组发挥团队合作精神，学会他励直流电动机控制线路安装与检修的步骤、实施和成果评估。
五、任务准备
（一）、相关理论知识
1、直流电机的励磁方式
直流电动机的励磁方式是指励磁绕组获得励磁电流的方式，除永磁式微直流电动机外，直流电动机的磁场都是通过励磁绕组通入电流激励而建立的。
按励磁方式不同可分为四种：
他励、并励、串励和复励。
（1）他励电动机
他励电动机的励磁绕组和电枢绕组互不相连，如图4-2-1所示。
他励电动机的励磁绕组采用单独的励磁电源。
图4-2-1他励电动机
（2）并励电动机
并励电机的励磁绕组是和电枢绕组并联的，如图4-2-2所示。
并励电动机励磁绕组的特点是导线细、匝数多、电阻大、电流小。
这是因为励磁绕组的电压就是电枢绕组的端电压，这个电压通常较高。
励磁绕电阻大，可使If减小，从而减小损耗。
由于If较小，为了产生足够的主磁通Φ，就应增加绕组的匝数。
图4-2-2并励电动机图4-2-3串励电动机
（3）串励电动机
串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源，如图4-2-3所示。
串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小。
（4）复励电动机
这种直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，另一个与电枢绕组并联，如图4-2-4a所示，所以复励电动机的特性兼有串励电动机和并励电动机的特点，所以也被广泛应用。
当两个励磁绕组产生的磁通方向一致时，称为积复励电动机，如图4-2-4b所示。
相反时则称为差复励电动机。
如图4-2-4c所示。
ａ复励电动机
b 积复励 c差复励
图4-2-4复励电动机
2、并励直流电动机调速控制线路
并励直流电动机的电气调速方法有三种：
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）电枢回路串电阻调速
电枢回路串电阻调速是在电枢回路中串接调速变阻器来实现的。
这种调速方法只能由额定转速向下调节。
（2）改变主磁通调速
改变主磁通调速是通过改变励磁电流的大小来实现的。
这种调速方法是由额定转速向上调节的，电机转速不能调节太高。
改变主磁通调速是恒功率调速，即转速升高后，输出转矩必须减小，否则电枢电流会超过原来的额定电流，使电动机发热烧坏。
（3）改变电枢电压调速
在要求调速范围宽广的直流电动机调速控制电路中，一般采用改变电枢电压调速。
目前正日趋广泛地使用晶闸管整流装置作为直流电动机的可调电源，通过改变晶闸管的导通角的大小来改变输出的脉动直流电的波形，从而达到改变输出电压的大小。
调压调速是恒转矩调速，转速也只能由额定转速向下调节。
3、他励直流电动机的调速方法
（1）速度调节和速度变化
1）速度调节
电动机的调速是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，以改变电机的稳定运行速度。
例如：
在负载转矩一定时，若电动机工作在特性1上的A点，则以
转速稳定运行；若人为地增加电枢回路的电阻，则电动机工作在特性曲线2，速度将降至特性2上的B点，以
转速稳定运行，这种转速的变化是人为改变（或调节）电枢回路的电阻大小所造成的，故称调速或速度调节
图4-2-5直流电动机特性曲线图4-2-6机械特性曲线
2）速度变化
定义：
速度变化是指由于电动机的负载转矩发生变化（增大与减小）而引起电动机转速的变化（下降或上升）。
例如：
当负载转矩由T1增加到T2时，电动机的转速由nA降低到nB，它是沿某一条机械特性发生的转速变化。
3）两者区别
速度变化是在某条机械特性上，由于负载改变而引起的；而速度调节则是在某一特定的负载下，靠人为改变机械特性而得到的。
（2）调速方法
由公式可知，改变串入电枢回路的电阻Rad，电枢供电电压U或主磁通Φ，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种：
1）改变电枢电路外串电阻Rad
从特性可看出，在一定的负载转矩TL下，串入不同的电阻可以得到不同的转速。
如在电阻分别为Ra、R1、R2、R3的情况下，可以分别得到稳定工作点A、C、D和E，对应的转速为
、
、
和
。
图4-2-7电枢回路串电阻调速的特性
特点和缺点
改变电枢回路串接电阻的大小调速存在如下问题：
A、机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；
B、在空载或轻载时，调速范围不大；
C、实现无级调速困难；
D、在调速电阻上消耗大量电能等。
正因为缺点不少，目前已很少采用，仅在有些起重机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中采用。
2）改变电动机电枢供电电压U
从特性可看出，在一定的负载转矩TL下，在电枢两端加上不同的电压
、
、
和
可以分别得到稳定工作点a、b、c和d，对应的转速分别为na、nb、nc和nd，即改变电枢电压可以达到调速的目的。
图4-2-8改变电枢供电电压U调速的特性
改变电枢外加电压调速有如下特点：
A、当电源电压连续变化时，转速可以平滑无级调节，一般只能在额定转速以下调节；
B、调速特性与固有特性互相平行，机械特性硬度不变，调速的稳定度较高，调速范围较大；
C、调速时，因电枢电流与电压U无关，且
=
，若电枢电流不变，则电动机输出转矩T=KmΦNIa不变，我们把调速过程中，电动机输出转矩不变的调速特性称为恒转矩调速。
3）改变电动机主磁通Φ
从特性可看出，在一定的负载功率
，不同的主磁通、
、
、
，可以得到不同的转速na、nb、nc，即改变主磁通
可以达到调速的目的。
图4-2-9改变电动机主磁通Φ凋速和特性
特点：
A、可以平滑无级调速，但只能弱磁调速，即在额定转速nN以上调节；
B、调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制，普通他励电动机的最高转速不得超过（1.2～2）
倍，所以，调速范围不大，若使用特殊制造的“调速电动机”，调速范围可以增加到（3～4）
倍的额定转速；
C、调速时维持电枢电压U和电枢电流Ia不变时，电动机的输出功率P=UIa不变，我们把在调速过程中，输出功率不变的这种特性称为恒功率调速。
基于弱磁调速范围不大，它往往是和调压调速配合使用，即在额定转速以下，用调压调速，而在额定转速以上，则用弱磁调速
图4-2-10转矩与功率曲线
（二）外围设备、工具的准备
为完成工作任务，每个工作小组需要向工作站内仓库工作人员提供借用工具清单。
表4-2-1工作岛借用工具清单
序号
名称（型号、规格）
数量
借出时间
学生签名
归还时间
学生签名
管理员签名
1
2
3
4
5
（三）材料的准备
为完成工作任务，每个工作小组需要向工作站内仓库工作人员提供领用材料清单。
表4-2-2工作岛借用材料清单
序号
名称（型号、规格）
数量
借出时间
学生签名
归还时间
学生签名
管理员签名
1
2
3
4
5
（四）团队分配的方案
将学生分为5个小组，每个工作岛为1组，根据工作岛工位要求，每组6人，每组指定1人为小组长、2人为材料管理员，材料管理员负责材料领取分发，小组长负责组织本组相关问题的计划、实施及讨论汇总，填写各组员工作任务实施所需文字材料的相关记录表。
还等什么?
赶快决策出工作计划并实施它
六、制定工作计划
七、任务实施
（一）为了更好的完成任务，你可能需要回答以下资讯
（1）他励电动机的绕组和绕组互不相连；
（2）复励直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢绕组联，另一个与电枢绕组联；
（3）并励直流电动机的电气调速方法有三种：
一是调速；二是调速；三是调速；
（4）他励直流电动机调速的方法有三种：
一是；二是；三是。
完成了，仔细检查，客观评价，及时反馈
…………………………………………………………………………………………
（二）安装与调试他励直流电动机的基本控制线路
1、设计要求
（1）根据控制要求设计一台他励直流电动机的基本控制电路。
控制要求：
①设计一台直流电动机采用改变电动机电枢供电电压U控制线路；
②线路中设有短路、过载、励磁绕组的失磁、欠压等保护装置；
③根据设计的电路图配置相关电气元件；
④合理布置和安装电气元件；
⑤根据电气原理图进行布线、检查、调试和试车。
（2）根据任务要求设计出安装与调试他励直流电动机的基本控制线路电器布置图。
2、安装步骤及工艺要求
（1）逐个检验电气设备和元件的规格和质量是否合格；
（2）正确选配导线的规格、导线通道类型和数量、接线端子板型号等；
（3）在控制板上安装电器元件，并在各电器元件附近做好与电路图上相同代号的标记；
（4）按照控制板内布线的工艺要求进行布线和套编码套管；
（5）选择合理的导线走向，做好导线通道的支持准备，并安装控制板外部的所有电器；
（6）进行控制箱外部布线，并在导线线头上套装与电路图相同线号的编码套管。
对于可移动的导线通道应放适当的余量，使金属软管在运动时不承受拉力，并按规定在通道内放好备用导线；
（7）检查电路的接线是否正确和接地通道是否具有连续性；
（8）各级熔断器的熔体是否符合要求，如不符合要求应予以更换；
（9）检查电动机的安装是否牢固，与生产机械传动装置的连接是否可靠；
（10）检测电动机及线路的绝缘电阻，安装或检修完毕后清理场地。
3、通电调试
（1）通电空转试验时，应认真观察各电器元件、线路工作情况；
（2）通电带负载试验时,应认真观察各电器元件、线路的运行情况。
4、注意事项
（1）不要漏接接地线。
严禁采用金属软管作为接地通道；
（2）在导线通道内敷设的导线进行接线时，必须集中思想，做到查出一根导线，立即套上编码套管，接上后再进行复验；
（3）在安装、调试过程中，工具、仪表的使用应符合要求；
（4）通电操作时，必须严格遵守安全操作规程。
八、任务评价
（一）成果展示
各小组派代表上台总结完成任务的过程中，学会了哪些技能，发现错误后如何改正，并展示已接好的电路，在老师的监护下通电试验效果。
并描述按下启动按钮SB1时的情况。
按下启动按钮SB1时的工作情况：
其他小组提出的改进建议：
（二）学生自我评估与总结
。
（三）小组评估与总结
。
（四）教师评估与总结
。
（五）各小组对工作岗位的“6S”处理
在小组和教师都完成工作任务总结以后，各小组必须对自己的工作岗位进行“整理、整顿、清扫、清洁、安全、素养”；归还所借的工量具和实习工件。
（六）评价表
班级：
___________
小组：
___________
姓名：
___________
指导教师：
______
日期：
___________
评价
项目
评价标准
评价依据
评价方式
权重
得分小计
学生
自评
20%
小组
互评
30%
教师
评价
50%
职业素养
1、遵守企业规章制度、劳动纪律
2、按时按质完成工作任务
3、积极主动承担工作任务，勤学好问
4、人身安全与设备安全
5、工作岗位6S完成情况
1、出勤
2、工作态度
3、劳动纪律
4、团队协作精神
0.3
专业能力
1、理解他励直流电动机的启动方法，掌握他励直流电动机控制要求；
2、学会他励直流电动机的启动控制电路的设计技巧和方法；
3、能根据控制要求设计出他励直流电动机的调速控制电路图；
4、能掌握相应电气元件的布置和布线方法，对他励直流电动机控制线路进行安装；
5、认真填写学材上的相关资讯问答
题。
1、操作的准确性和规范性
2、工作页或项目技术总结完成情况
3、专业技能任务完成情况
0.5
创新能力
1、在任务完成过程中能提出自己的有一定见解的方案
2、在教学或生产管理上提出建议，具有创新性
1、方案的可行性及意义
２、建议的可行性
0.2
合计
表4-2-3子任务2：
掌握他励直流电动机的基本控制线路评价表
九、技能拓展
利用前面所学的知识，设计出他励直流电动机正反转控制线路原理图，并用文字描述其电路原理。
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