F 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 =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=60/2π =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
电枢电感估算R a
=0.0870
3)设置仿真参数:在Simulation 菜单栏下选择Simulation parameters, 设置仿真参数，仿真时间取ls,在0. 5s 时加额定负载,仿真算法取ode45,点击菜单栏中的“➢”按钮启动仿真。

4)波形观察:双击Scope 模块，得到电动机的波形。

五、实验结果或数据
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。

蓝色曲线：转速
红色曲线：电枢电流Ia
紫色曲线：电磁转矩Tem
绿色曲线：励磁电流If
通过图像可得：
转速的大小随着时间在增大，并且增大的速度越来越小，最终趋近于一个定值。

电枢电流和电磁转矩的变化趋势相同，随着时间在减小，并且减小的速度越来越小，最终趋近于一个定值。

励磁电流在0.5s 从0 变1。

并励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组的励磁电压就是电枢电压，电机的端电流I 与励磁电流If 和电枢电流Ia 的关系为：
I = I a + I f
转矩特性。

并励式直流电动机的转矩特性是指当电动机电枢电压为额定电压， 即U=UN ，电枢回路不串接外加电阻，励磁电流为额定励磁电流，即If=IfN 时，电动机的转矩Tm 与电枢电流之间的关系，即
T em = 2 p
Z
4πa
I a Φ = pZ ΦI 2πa a = C T ΦI a
如果不考虑电枢反应的去磁影响，由于励磁电流If=IfN ，
因此磁通φ可认为是与电枢电流无关的常数。

电磁转矩的计算
T em
= 2 p
Z
4πa
I a Φ = pZ ΦI
2πa a
= C T ΦI a
由上式可见，电磁转矩Tem 与电枢电流Ia 为正比关系。

所以在示波器的波形
图中，电磁转矩Tem 与电枢电流Ia 的变化趋势相同。

T2 ——负载制动转矩，T0 —— 空载损耗转矩。

T em =T 2 +T 0
转速特性
n =
U
-
R a
I
C e Φ C e Φ
上式即为电动机的转速特性解析表达式。

如果不考虑电枢反应的影响，由于励磁电流If=IfN ，因此磁通重可认为是与电枢电流无关的常数。

由于电动机电枢电压为额定电压U=UN,电枢回路不串接外加电阻，因此，转速特性可表示为
所以当电枢电流增大，转速变小。

a
评语：。