直流電機(jī)的串電阻啟動過程設(shè)計(jì).doc

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(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目：直流電機(jī)的串電阻啟動過程設(shè)計(jì)學(xué) 校： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 學(xué) 生 姓 名: 李 秋 圻 專 業(yè): 電氣工程及其自動化 班 級： 05111006 學(xué) 號： 0511100614 指 導(dǎo) 教 師： 楊 佳 義 設(shè)計(jì)時間： 2012 年 12 月重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院目 錄綜述3一、直流電動機(jī)的工作原理4二、直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)5三、直流電動機(jī)的分類6四、電動機(jī)的機(jī)械特性7五、他勵直流電動機(jī)起動8六、直流電動機(jī)串電阻起動設(shè)計(jì)方案11七、設(shè)計(jì)結(jié)論13八、心得體會15參考文獻(xiàn)16綜述直流電動機(jī)是人類最早發(fā)明和應(yīng)用

2、的一種電機(jī)。直流電機(jī)可作為電動機(jī)用，也可作為發(fā)電機(jī)用。直流電動機(jī)是將直流電轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的而帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的電器設(shè)備.與交流電動機(jī)相比，直流機(jī)因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難、價格較貴等缺點(diǎn)制約了它的發(fā)展，但是它具有良好的起動、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(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍廣泛采用直流電動機(jī)拖動.在工業(yè)領(lǐng)域直流電動機(jī)仍占有一席之地。因此有必要了解直流電動的運(yùn)行特性。在四種直流電動機(jī)中，他勵電動機(jī)應(yīng)用最為廣泛。一、直流電動機(jī)的工作原理如圖11所示，電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)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)

3、過電刷B流回電源的負(fù)極。在圖1-1所示位置，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(jī)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(jī)一直旋轉(zhuǎn)下去。圖11 直流電動機(jī)的工作原理圖二、直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。圖21 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1、定子主磁極 主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞

4、組構(gòu)成.換向極 換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個小磁極,它的作用是改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時不產(chǎn)生有害的火花.機(jī)座 機(jī)座有兩個作用，一是用來固定主磁極、換向級和端蓋;另一個是作為磁路的一部分.電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置.由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成2、轉(zhuǎn)子電樞鐵心 電樞鐵心也有兩個用處,一是作為主磁路的主要部分，二是嵌放電樞繞組。電樞繞組電樞繞組由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動勢以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。換向器-換向器也是直流電機(jī)的重要部件。在直流電動機(jī)中,它的作用是將電刷上所通過的直流電流

5、轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流；在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢.三、直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的連接關(guān)系，勵磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵直流電動機(jī) 并勵直流電動機(jī) 串勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)1、他勵直流電動機(jī)他勵直流電動機(jī)是一種勵磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系,而由其他直流電源而由其他直流電源對勵磁繞組單獨(dú)供電的直流電動機(jī)，如圖3-1(a)所示。2、并勵電直流動機(jī)并勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖3-1（b）所示.這種直流電動機(jī)的勵磁繞組上所加的電壓就是電樞電路兩端的電壓.3、串勵直流電動機(jī)串勵直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞串聯(lián)，如圖3-1(c）

6、所示。這種直流電動機(jī)的勵磁電流就是電樞電流，若有調(diào)節(jié)電阻與勵磁繞組并聯(lián)，其電流則為電樞電流的一部分.4、復(fù)勵直流電動機(jī)這種直流電機(jī)的主磁極上裝有兩個勵磁繞組,一個與電樞電路并聯(lián)，然后再和另一個勵磁繞組串聯(lián),如圖31（d)所示. 圖（a） 他勵直流電動機(jī) 圖(b） 并勵直流電動機(jī) 圖（c） 串勵直流電動機(jī) 圖（d） 復(fù)勵直流電動機(jī)圖31 直流電動機(jī)的四種類型四、電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。機(jī)械特性是電動機(jī)機(jī)械性能的主要表現(xiàn)，它與負(fù)載的機(jī)械特性,運(yùn)動方程式相聯(lián)系，將決定拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及過渡過程的工作情況。機(jī)械特性中的是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩是不同的,其間差一空載轉(zhuǎn)矩

7、，即: 在一般情況下，因?yàn)榭蛰d轉(zhuǎn)矩相比或很小，所以在一般的工程計(jì)算中可以略去，即：已知直流電動機(jī)的機(jī)械特性方程式為式中為電樞回路總電阻，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(jī)械特性的斜率.當(dāng), ，電樞回路沒有串電阻時的機(jī)械特性稱為直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性.當(dāng)改變或或電樞回路串電阻時，其機(jī)械特性的或?qū)⑾鄳?yīng)變化，此時稱為直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性。  若不計(jì)電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動機(jī)正向運(yùn)行時，其機(jī)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(jī)運(yùn)行狀態(tài)，其特點(diǎn)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(yùn)行狀態(tài)。五、他勵直流電

8、動機(jī)起動1、直接起動 直接起動是指接通勵磁電源后，將電動機(jī)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 (5-1)則起動電流為 （52）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。該電流對電網(wǎng)的沖擊很大。因而，除了小容量電機(jī)可采用直接起動外，對大中、容量的電動機(jī)不能直接起動。2、降電壓起動降低電樞電壓起動，即起動前將施加在電動機(jī)電樞兩端的電源電壓降低，以減小起動電流 ,電動機(jī)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(jī)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

9、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。 3、電樞串電阻起動在實(shí)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(jì)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(jī)，對起動電阻的級數(shù)要求也不盡相同。下面所示直流他勵電動機(jī)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5-1（a）所示,當(dāng)電動機(jī)已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U。觸點(diǎn)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: （5-3)與起動電流所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為T1.對

10、應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖51（b)中的曲線1所示。圖5-1 直流他勵電動機(jī)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(yùn)動方程： （5-4）式中： T -電動機(jī)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(jī)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)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,電動機(jī)收到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)矩有零逐漸上升，電動機(jī)開始起動。在圖4-1(b)中,由a點(diǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點(diǎn)時，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點(diǎn)KM1閉合，切除一段起動電阻Rk1后,b點(diǎn)所對應(yīng)的電樞電流I2成為切換電

11、流，其對應(yīng)的電動機(jī)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(jī)對應(yīng)于由電阻Ra2確定的人為機(jī)械特性。在切除起動電阻RK1的瞬間，由于慣性電動機(jī)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(diǎn)。又有T1T2，電動機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點(diǎn)沿曲線2上升到d點(diǎn).控制點(diǎn)KM2閉合，又切除一切起動電阻Rk2。同理，由d點(diǎn)過度到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固定的機(jī)械特性上。電樞電流又由I2突增到I1相應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T

12、1。T1T2，沿固有特性加速到g點(diǎn)T=TL，n=ng電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動過程結(jié)束.本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途文檔為個人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)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，前提是選擇合適的各級起動電阻。六、直流電動機(jī)串電阻起動設(shè)計(jì)方案1、選擇啟動電流I1和切換電流I2=（1.52.0）=(1。52.0）×116。3=(174。45232.6）A=（1。11.2)=（1.11。2）×116。3=（127.931

13、39。56)選擇=195，=130。2、求出起切電流比=1.53、求出啟動時電樞電路的總電阻Ram= （0.265）=0.1330。177取=0.161Ram=1.1284、求出啟動級數(shù)m由于 得 再得m=則m=4。801取m=55、重新計(jì)算，校驗(yàn)=1.47=132。653故在規(guī)定范圍之內(nèi)。6、求出各級總電阻根據(jù) 得=Ra=0.161=Ra=1。470。161=0.237=Ra=2。1610。161=0.348=Ra=3.1760.161=0。511=Ra =4。6690。161=0.751=Ra =6。8640.161=1.1057、求出各級啟動電阻根據(jù) 得Rst1=（0。2370.161)

14、=0.076Rst2=-=（0.3480.237)= 0。111Rst3=(0。511-0。348）=0。163Rst4=-=（0。751-0。511）=0。240Rst5=(1.1050。751）=0。3548、設(shè)計(jì)控制直流電機(jī)串電阻啟動的控制電路原理圖七、設(shè)計(jì)結(jié)論他勵直流電動機(jī)串電阻起動計(jì)算方法：1、選擇起動電流I1和切換電流I2起動電流為I=（1。52。0）IN 切換電流為I=（1.1。2)I對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩T=（1。52.0）T對應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T=(1.5-2.0)T2、求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比3、求出電動機(jī)的電樞電路電阻4、求出起動時的電樞總電阻Ram5、求出起動級數(shù)m6、重新計(jì)算，校驗(yàn)I

15、2是否在規(guī)定范圍內(nèi)若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算I2 再根據(jù)得出的重新求出I2，并校驗(yàn)I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大起動級數(shù)m重新計(jì)算和I2,直到符合要求為止. 7 求出各級總電阻 8 求出各級起動電阻電樞回路串電阻起動方法比較簡單，經(jīng)濟(jì)和可靠，同時可做到平滑快速起動。缺點(diǎn)就是起動條件非常嚴(yán)格。降壓起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小,容易實(shí)現(xiàn)自動化.降壓起動的缺點(diǎn)就是初期投資大，起動設(shè)備復(fù)雜，要求有單獨(dú)的可調(diào)壓直流電源。八、心得體會電機(jī)與拖動課程設(shè)計(jì)終于圓滿結(jié)束，在老師的細(xì)心指導(dǎo)下和同學(xué)們的共同努力中， 我們順利地完成了課程設(shè)計(jì).在這次設(shè)計(jì)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(jì)，努力地為了完成各種 參數(shù)的設(shè)定而實(shí)驗(yàn)，積極地與同學(xué)們交流,在配合下完成設(shè)計(jì)的意識. 通過 整個課程設(shè)計(jì)，使我對直流電動機(jī)的串電阻起動可以說是“刻骨銘心"，不僅 讓我深刻地了解到前人在科學(xué)研究上態(tài)度和方法，而且也讓我懂得任何的創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)都不是一時一刻可以得到的，必須具有深厚的知識功底,敏銳的洞察力才能告破事情的