直流電機串電阻啟動過程設(shè)計

1、指導(dǎo)教師評定成績： 審定成績： 重 慶 郵 電 大 學(xué) 移 通 學(xué) 院課程設(shè)計報告 設(shè)計題目：直流電機的串電阻啟動過程設(shè)計學(xué) 校： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計時間： 2012 年 12月重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院目 錄一、直流電動機的綜述1二、他勵直流電動機2三、設(shè)計內(nèi)容6四、結(jié)論10五、心得體會12六、參考文獻(xiàn)12一、直流電動機的綜述直流電機可作為電動機用，也可作為發(fā)電機用。直流電動機是將直流電轉(zhuǎn)換成機械能的而帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的電器設(shè)備。與交流電動機相比，直流機因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護困難、價格較貴等缺點制約了它的發(fā)展，但是它具有良好的起動

2、、調(diào)速和制動性能，因此在速度調(diào)節(jié)要求較要、正反轉(zhuǎn)和起動頻繁或多個單元同步協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械上，仍廣泛采用直流電動機拖動。直流電動機的工作原理如圖1-1，電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機械負(fù)載相連，這是便有電流從電源正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)過電刷B流回電源的負(fù)極。在N級下面導(dǎo)線電流是由a到b，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)線ab受力的方向向左，而cd的受力方向是向右的。當(dāng)兩個電磁力對轉(zhuǎn)軸所形成的電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩是，電動機逆時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過180度時，這是導(dǎo)線的電流方向變?yōu)橛蒬到c和b到a，因此電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然是逆時針的 ,這樣就使得電機一直旋轉(zhuǎn)下去。 圖1-1 直流電動機

3、的工作原理圖二、他勵直流電動機1.他勵直流電動機機械特性電動機的機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。機械特性是電動機機械性能的主要表現(xiàn)，它與負(fù)載的機械特性，運動方程式相聯(lián)系，將決定拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行及過渡過程的工作情況。 機械特性中的是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動機軸上的輸出轉(zhuǎn)矩是不同的，其間差一空載轉(zhuǎn)矩，即 在一般情況下，因為空載轉(zhuǎn)矩相比或很小，所以在一般的工程計算中可以略去，即 在電機學(xué)中已知直流電動機的機械特性方程式為式中R為電樞回路總電阻，包括及電樞回路串聯(lián)電阻，為理想空載轉(zhuǎn)速記為，記為，為機械特性的斜率。當(dāng)，電樞回路沒有串電阻時的機械特性稱為直流電動機的固有機械特性。當(dāng)改變U或或電樞回路串電阻

4、時，其機械特性的或?qū)⑾鄳?yīng)變化，此時稱為直流電動機的人為機械特性。若不計電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動機正向運行時，其機械特性是一條橫跨I、II、IV象限的直線。其中第I象限為電動機運行狀態(tài)，其特點是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向（轉(zhuǎn)速的方向）相同，第II、IV象限為制動運行狀態(tài)。電動機在制動狀態(tài)運行，是產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相反的阻力矩，以使電機拖動系統(tǒng)迅速停車或限制轉(zhuǎn)速的升高。制動狀態(tài)轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，此時電動機從輸出軸上吸收機械能并轉(zhuǎn)化為電能反饋回電網(wǎng)或消耗在電阻中。第III象限為反向電動運行。制動運行的方式分為能耗制動、反接制動和回饋制動。他勵直流電動機啟動條件直流電動機拖動負(fù)載順利起動的條件是：

5、1) 起動電流限制在一定范圍內(nèi)，即Ist l IN， l 為電機的過載倍數(shù)； 2) 足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，Tst （1.11.2）TN ； 3) 起動設(shè)備簡單、可靠。 由Ist =UN/Ra可知，限制起動電流的措施有兩個：一是增加電樞回路電阻，二是降低電源電壓，即直流電動機的起動方法有電樞串電阻和降壓兩種。 3.他勵直流電動機的起動直接起動 直接起動是指接通勵磁電源后，將電動機的電樞直接投入額定電壓的電源上起動。直接起動又稱為全壓起動。由于起動瞬間，轉(zhuǎn)速等于零，電樞繞組的感應(yīng)電動勢 （4-1）則起動電流為 （4-2） 由于電樞繞組的電阻Ra很小，所以起動電流很大，可達(dá)到額定電流的十幾倍。該電流對電

6、網(wǎng)的沖擊很大。因而，除了小容量電機可采用直接起動外，對大中、容量的電動機不能直接起動。降電壓起動降低電樞電壓起動，即起動前將施加在電動機電樞兩端的電源電壓降低，以減小起動電流 ，電動機起動后，再逐漸提高電源電壓，使起動電磁轉(zhuǎn)矩維持在一定數(shù)值，保證電動機按需要的加速度升速。這種起動方法需要專用電源，投資較大，但起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩容易控制，起動平穩(wěn)，起動能耗小，是一種較好的起動方法。 電樞串電阻起動在實際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級起動電阻，那么串電阻起動由于其起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟和可靠，同時可以中道平滑快速情動，因而得到廣泛應(yīng)用。但對于不同類型和規(guī)格的直流電動機，對起動電阻的級數(shù)要求也不盡相同。

7、下面所示直流他勵電動機電樞電路串電阻二級起動為例說明起動過程。起動過程分析：如圖4-1（a）所示，當(dāng)電動機已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U。觸點KM1、KM2均斷開，電樞傳入了全部附加電阻Rk1+Rk2電樞回路總電阻為Ral=ra+Rk1+Rk2。這時起動電流為： （4-3）與起動電流所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為T1。對應(yīng)于由電阻所確定的人為機械特性如圖4-1（b）中的曲線1所示。圖4-1 直流他勵電動機分二級起動的電路和特性根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的基本運動方程： （4-4）式中： T 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩； TL 由負(fù)載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩； Jdw/dt -電動機轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩后所產(chǎn)生的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。由于起動轉(zhuǎn)

8、矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,電動機收到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)矩有零逐漸上升，電動機開始起動。在圖4-1（b）中，由a點沿著曲線1上升，反電動勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動機的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點時，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點KM1閉合，切除一段起動電阻Rk1后，b點所對應(yīng)的電樞電流I2成為切換電流，其對應(yīng)的電動機的轉(zhuǎn)矩T2成為切換轉(zhuǎn)矩。切除RK1后 ,電樞回路總電阻為Ra2=ra+Rk2。這時電動機對應(yīng)于由電阻Ra2確定的人為機械特性。在切除起動電阻RK1的瞬間，由于慣性電動機的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動勢轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)倪x擇切除

9、的電阻值Rk1，使切除Rk1后的電樞電流剛好等于I1,所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2，即在曲線2上的c點。又有T1T2,電動機在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點沿曲線2上升到d點。控制點KM2閉合，又切除一切起動電阻Rk2。同理，由d點過度到e點，而且e點正好在固定的機械特性上。電樞電流又由I2突增到I1相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1T2，沿固有特性加速到g點T=TL，n=ng電動機穩(wěn)定運行，起動過程結(jié)束。在分級起動過程中，各級的最大電流I1（或者相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2）及切換電流I2（或者與之對應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T2）都是不變的，這樣，使得起動過程中有均勻的加速。要滿足以上電樞回路串接電阻分級起動的要求，前提是選擇

10、合適的各級起動電阻。三、設(shè)計內(nèi)容由直流電動機銘牌知數(shù)據(jù)：PN=22KW , IN=116.3A ,UN=220V , nN=1500r/min1)選擇啟動電流和切換電流I1=(2.02.5)IN=(2.02.5) 116.3A=(232.6-290.7)AI2=(1.11.2)IN=(1.11.2) 116.3A=(127.9-139.5)A取 I1=2.2IN=2116.3A=232.6A I2 =1.2IN=1116.3A=116.3A2)求出起切電流比=23)求出啟動時電樞電路的總電阻RamRam=0.954)求出啟動級數(shù)m取m=35)重新計算，校驗切換電流或校驗切換轉(zhuǎn)矩=1.93I2=

11、120.51AI2在規(guī)定范圍之內(nèi)。6)求出各級總電阻設(shè)對應(yīng)轉(zhuǎn)速n1、n2、n3、時電勢分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：b點 R3I2=UN-Ea1 c點 R2I1=UN-Ea1 d點 R2I2=UN-Ea2e點 R1I1=UN-Ea2 f點 R1I2=UN-Ea3 g點 RaI1=UN-Ea3求得R3= Ram=0.9532 R2=0.4717 R1=0.2352Ra= 0.1173比較以上各式得： =1.937)求出各級啟動電阻輸入功率 P1= UNIN=220116.3W=25586W總損耗 P=P1-PN=25586-22000W=3586W電樞回路電阻Ra= =0.1326Rst1

12、=(-1)Ra=0.12332Rst2=(-1) Ra=Rst1=0.23801Rst3=(-1) 2Ra=2Rst3=0.459358)設(shè)計控制直流電機串電阻啟動的控制電路原理圖四結(jié)論額定功率較小的電動機可采用在電樞電路內(nèi)串起動變阻器的方法起動。起動前先把起動變阻器調(diào)到最大值，加上勵磁電壓Uf，保持勵磁電流為額定值不變。在接通電樞電源，電動機開始起動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除。額定功率比較大的電動機一般采用分級方法以保證起動過程中既有比較大的起動轉(zhuǎn)矩，又使起動電流不會超過允許值。他勵直流電動機串電阻啟動計算方法選擇啟動電流和切換電流啟動電流為I1=(2.02.5

13、)IN ，對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩T1=(1.52.0)IN切換電流為I2=(1.11.2)IN ，對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩T2=(1.11.2)IN求出起切電流比=求出啟動時電樞電路的總電阻RamRam=求出啟動級數(shù)m重新計算，校驗切換電流或校驗切換轉(zhuǎn)矩= ， I2= ，跟據(jù)得出的重新求出I2，并校驗I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需改變啟動級數(shù)m重新計算和I2，直到符合要求為止。求出各級總電阻設(shè)對應(yīng)轉(zhuǎn)速n1、n2、n3、時電勢分別為Ea1、Ea2、Ea3，則有：b點 R3I2=UN-Ea1c點 R2I1=UN-Ea1d點 R2I2=UN-Ea2e點 R1I1=UN-Ea2f點 R1I2=UN-Ea3g點 RaI1=UN-Ea3 比較以上各式得:求出各級啟動電阻Rst1=(-1)RaRst2=(-1) Ra=Rst1Rst3=(-1) 2Ra=2Rst2Rstm=(-1) m-1Ra=m-1Rstm-1五心得體會經(jīng)過為期一周的研究與設(shè)計，本次電機與拖動課程設(shè)計直流電機的串電阻啟動過程設(shè)計較為順利的完成。這是我自入學(xué)以來第一次進行課程設(shè)計，因此感觸頗深： 通過這次課程設(shè)計，使我更進一步了解了直流電動機的工作原理及其起動過程，對直流電機的電力拖動有了更加深入的理解與體會。在這次設(shè)計過程中，我深刻地體會到 了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，必須要有一個正確的態(tài)度去面對設(shè)計，努力地為了完成各種 參數(shù)的