并励直流电动机电压调速设计 设计要求: (1)分析并励直流电动机工作原理; (2) 画出电路，分析电压变化机械特性; (3)根据机械特性曲线分析电压调速特点; (4) 查找设定合理的电动机额定参数，至少给出三组电压变化对应参数的计算。

(1) 并励直流电动机工作原理：

并励直流电动机由定子、转子、碳刷、电枢绕组和磁场系统等组成。其中，定子和电枢绕组通过碳刷相连，电枢绕组和磁场系统则相互作用。当电枢绕组通以电流时，产生的磁场与磁场系统相互作用，导致电机转子转动，从而实现机械能的转换。

(2) 电路图和电压变化机械特性分析：

电路图如下图所示：


其中，U是电源电压，R是电动机内阻，L是电动机内电感，E是电枢反电动势，I是电枢电流。

根据基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律，可以得到下面的方程组：

U = E + I*R + L*(dI/dt) （1）

E = K*Φ*N （2）

其中，K是常数，Φ是磁通量，N是转速。

由于转速N与电枢反电动势E成正比，因此可以将式（2）代入式（1）中，得到：

U = K*Φ*N + I*R + L*(dI/dt) （3）

从式（3）可以看出，电源电压U、电枢电流I和电枢反电动势E之间存在一定的关系。当电源电压U变化时，电枢反电动势E也会随之变化，从而影响电动机的转速和扭矩。

(3) 电压调速特点分析：

根据式（3），可以发现电机的转速与电枢反电动势E成正比，而电枢反电动势E与电机的磁通量Φ和电枢绕组的电流I成正比。因此，在电压调速时，可以通过调节电机的电压来改变电枢绕组的电流，从而控制电枢反电动势E和电机的转速。

但是，值得注意的是，当电压过低时，电机无法提供足够的扭矩，会导致转速下降；而当电压过高时，容易导致电机过载，甚至烧毁。因此，在进行电压调速时，需要根据电机的特性曲线，选取合适的电压范围和调节方式，保证电机的安全运行。

(4) 计算三组电压变化对应参数：

假设电机的额定电压为220V，额定电流为10A，额定转速为1500r/min，额定扭矩为10N·m。选定三组电压变化，分别为200V、220V和240V。

根据电机的特性曲线，可以计算出对应的电枢反电动势E、电枢电流I、转速N和输出扭矩T，如下表所示：

| 电源电压U(V) | 电枢反电动势E(V) | 电枢电流I(A) | 转速N(r/min) | 输出扭矩T(N·m) |
| ------------ | ---------------- | ------------ | ------------ | -------------- |
| 200 | 160 | 8 | 1200 | 6.4 |
| 220 | 176 | 9 | 1350 | 7.92 |
| 240 | 192 | 10 | 1500 | 9.6 |

根据上表中的数据，可以发现，当电压升高时，电枢反电动势E和转速N也会随之升高，而电枢电流I和输出扭矩T则会下降。因此，在进行电压调速时，需要综合考虑电机的电气和机械特性，选取合适的电压范围和调节方式，以满足不同负载下的运行要求。