他勵直流電動機(jī)的能耗制動(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計名稱： 電機(jī)與拖動課程設(shè)計 題 目： 他勵直流電動機(jī)的能耗制動 學(xué) 期： 2013-2014學(xué)年第2學(xué)期 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 課程設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計題目他勵直流電動機(jī)的能耗制動 二、設(shè)計任務(wù)對一臺已知額定參數(shù)的他勵直流電動機(jī)進(jìn)行能耗制動，設(shè)計求出合適的制動電阻R，并設(shè)計求出在已知制動電阻R采用穩(wěn)定下放重物時的轉(zhuǎn)速n。已知一臺他勵直流電動機(jī)PN=22kW,U=220V，I=115A,n=1500r/min.I=230A,T0忽略不計。（1）拖動TL=120Nm的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，采用能耗制動迅速停機(jī)，電樞電路中至少要串聯(lián)多大

2、的制動電阻R？（2）拖動TL=120Nm的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，采用能耗制動以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物，電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動電阻R？三、設(shè)計計劃 第一天，熟悉題目，查閱有關(guān)資料，并進(jìn)行初步的規(guī)劃。 第二天，進(jìn)行設(shè)計，并記錄有關(guān)的數(shù)據(jù)和過程。 第三天，繼續(xù)完善設(shè)計。 第四天，完成課程設(shè)計任務(wù)書。 第五天，進(jìn)行答辯。課程設(shè)計成績評定表學(xué)期第四學(xué)期姓名專業(yè)電氣技術(shù)班級課題名稱電機(jī)與拖動課程設(shè)計論文題目他勵直流電動機(jī)的能耗制動評 定 標(biāo) 準(zhǔn)評定指標(biāo)分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15綜合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師王巍

3、時間年 月 日備注目錄摘要直流電動機(jī)的能耗制動具有制動平穩(wěn)、準(zhǔn)確、能量消耗小等優(yōu)點，被廣泛用于電動絞盤。電動絞盤需要用電，依靠車輛自身的電力系統(tǒng)即電機(jī)驅(qū)動絞盤，而根據(jù)直流電動機(jī)能耗制動的平穩(wěn)性等優(yōu)點，所以研究直流電動機(jī)的能耗制動有很大的實際意義。本設(shè)計主要設(shè)計他勵直流電動機(jī)的能耗制動過程，（包括迅速停機(jī)過程和下放重物過程），采用圖解法和公式法兩種方法結(jié)合既直觀又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿枋鏊麆钪绷麟妱訖C(jī)的能耗制動過程。其中包括對制動電阻的選擇等，以便能耗制動更順利的進(jìn)行，讓我們更加了解能耗制動的全過程。關(guān)鍵詞：他勵直流電動機(jī)；能耗；制動專心-專注-專業(yè)1.直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理11直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直

4、流電動機(jī)可分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。其中定子包括：主磁極，換向磁極，機(jī)座，端蓋等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，風(fēng)扇等。 如圖1.1所示：圖1.11、 定子直流電機(jī)的定子由以下幾部分組成：（1）主磁極 即原理圖中的N和S級。它由勵磁繞組和主磁極鐵芯兩部分組成，如圖1.2（左）所示。主磁極鐵芯通常用11.5mm厚的鋼板疊壓而成。（2）換向磁極 簡稱換向極。他是位于主磁極之間的比較小的磁極圖1.2（右），也由鐵芯和繞組兩部分組成。鐵芯一般用整塊鋼和鋼板加工而成。換向極繞組和電樞繞組串聯(lián)。換向極的作用是用來改善換向。（3）機(jī)座 用鑄鋼或厚鋼板制成，外形如圖1.2(右)所示。主磁極與換向極都用螺

5、栓固定在機(jī)座的內(nèi)壁上。機(jī)座是構(gòu)成直流電機(jī)磁路的一部分。（4）端蓋等 機(jī)座的兩邊各有一個端蓋。端蓋的中心處裝有軸承，用來支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸。電刷插在電刷架的刷握中，頂上有一個彈簧壓板，使電刷在換向器上保持一定的接觸壓力。電刷架固定在端蓋上。圖1.22、 轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子主體如圖1.3（左）所示，它包括以下幾部分：(1)電樞鐵心 由圖1.3（右）所示的硅鋼片疊成，表面有許多均勻分布的槽。圖1.3(2)電樞繞組 實際的電樞繞組并不像原理圖那樣只有一個線圈，而是由很多線圈按一定規(guī)則連接起來的。繞組嵌放在電樞鐵心槽內(nèi)。(3)換向器 由很多換向片組成，外表呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。(4)風(fēng)扇等。圖1.

6、4是直流電機(jī)組裝后的結(jié)構(gòu)圖。圖1.412直流電動機(jī)的工作原理電動機(jī)定子提供磁場，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的安培力方向不變，所以電機(jī)能保持一個方向轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生保持方向不變的轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械沿著與電磁轉(zhuǎn)矩相同的方向旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率。與此同時，電源卻向電機(jī)輸出電功率。可見，直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動裝置。2.

7、他勵直流電動機(jī)的制動方法和制動過程2.1直流電動機(jī)之他勵直流電動機(jī)他勵直流電動機(jī)的電路圖如圖2.1所示。勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電。在勵磁電壓U的作用下，勵磁繞組中通過勵磁電流I,從而產(chǎn)生主磁通。在電樞電壓U作用下，電樞繞組中通過電樞電流I。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，從而拖動生產(chǎn)機(jī)械以某一轉(zhuǎn)速n運轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時，切割磁感線產(chǎn)生電動勢E，電動勢的方向與電樞電流的方向相反。圖2.12.1.1 電流在勵磁電路中，勵磁電流I=式中，是勵磁繞組的電阻，一般來說比較大。在電樞回路中，根據(jù)基爾霍夫電壓定律U= E+ RI由此求得電樞電流I=式中R為電樞電路的電阻，它的數(shù)值一般

8、遠(yuǎn)小于勵磁繞組的電阻R。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式，電樞電流I還滿足下式I=2.1.2 轉(zhuǎn)速他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以用下式表示由此可以得到他勵直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性如圖2.1.2所示圖2.1.22.2他勵直流電動機(jī)的制動方法和制動過程一般來說，他勵直流電動機(jī)的制動方式有3種：能耗制動、反接制動和回饋制動。在此我們選擇的研究方向是能耗制動。他勵直流電動機(jī)能耗制動的特點是：將電樞與電源斷開，串聯(lián)一個制動電阻R，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電樞回路的電阻上。他勵直流電動機(jī)開始制動后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速到零（迅速停機(jī)的情況）或反向一個轉(zhuǎn)速值（下放重物的情況）的過程稱為制動過程。對于電動

9、機(jī)來講，我們有時候希望它能迅速制動，停止下來，如在精密儀器的制動過程中，液晶顯示屏幕的切割等等，但有的時候我們卻希望電機(jī)能夠慢慢地停下來，利用慣性來工作。于是，直流電動機(jī)能耗制動又分為迅速停機(jī)和下放重物兩種方式。2.2.1他勵直流電動機(jī)能耗制動過程之迅速停機(jī)（1）狀態(tài)分析制動前后的電路如圖2.2.1所示。電動狀態(tài)如圖2.2.1（a）所示，n與T的關(guān)系制動時，如圖2.2.1（b）所示，U=0，電樞回路中又增加制動電阻 n與T的關(guān)系 （a）電動狀態(tài) （b）制動狀態(tài) 圖2.2.1（2）機(jī)械特性 迅速停機(jī)的機(jī)械特性如圖2.2.2中的特性2所示，它是一條通過原點、位于2、4象限的直線。圖2.2.2設(shè)電動

10、機(jī)拖動的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。制動前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點a上。制動瞬間，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來不及變化，工作點由a點平移到能耗制動特性2上的b點。這時T反向，成為制動轉(zhuǎn)矩，制動過程開始。在T和T的共同作用下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點沿特性2由b點移至O點。這時，n=0，T也自動變?yōu)榱悖苿舆^程結(jié)束。能耗制動過程的效果與制動電阻R的大小有關(guān)。R小，則I大，T大，制動過程短，停機(jī)快。但制動過程的最大電樞電流，即工作于b點的電樞電流I不得超過I。由圖2.2.1(b)可知式中， E=E，是工作于b點和a點時的電動勢。由此求得2.2.2他勵直流電動機(jī)能耗制動過程之下放重物（1）狀態(tài)分析能耗制

11、動過程如圖2.2.3（a）所示，n與T的關(guān)系平衡時，即能耗制動運行如圖2.2.3（b）所示，n與T的關(guān)系（a）能耗制動過程 （b）能耗制動運行圖2.2.3（2）機(jī)械特性下放重物的機(jī)械特性如圖2.2.4中的特性2所示，它也是一條通過原點、位于2、4象限的直線。圖2.2.4設(shè)電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，制動前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點a上，電動機(jī)以一定的速度提升重物。在需要穩(wěn)定下放重物時，讓電動機(jī)處于能耗制動狀態(tài)。工作點由機(jī)械特性1上的a點平移到特性2上的b點，并迅速移動到O點，這一階段，電動機(jī)處于能耗制動過程中。當(dāng)工作點到達(dá)O點時，T=0，但是T>0，在重物的重力作用下，系統(tǒng)

12、反向起動，工作點將由O點下移到c點，T= T，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行，這時n反向，電動機(jī)穩(wěn)定下放重物，即能耗制動運行狀態(tài)。同樣，能耗制動運行的效果與制動電阻的大小有關(guān)，小，特性2 的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物慢(在滿足要求內(nèi))。那么在c點時：=下放重物時，和方向相反，與T方向相同，故T= -.可見，若要以轉(zhuǎn)速下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為的重物時，制動電阻應(yīng)為:忽略，則:= 3、參數(shù)的設(shè)定與計算對一臺已知額定參數(shù)的他勵直流電動機(jī)進(jìn)行能耗制動，設(shè)計求出合適的制動電阻R，并設(shè)計求出在已知制動電阻R采用穩(wěn)定下放重物時的轉(zhuǎn)速n。已知一臺他勵直流電動機(jī)PN=22kW,U=220V，I=115A,n=1500r/min.I=23

13、0A,T0忽略不計。（1）拖動TL=120Nm的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，采用能耗制動迅速停機(jī)，電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動電阻R？（2）拖動TL=120Nm的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，采用能耗制動以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物，電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動電阻R？3.1中間參數(shù)的計算忽略T,則=0.253.2迅速停機(jī)時的制動電阻由此可知，該他勵直流電動機(jī)在采用能耗制動的迅速停機(jī)時電樞電路應(yīng)串聯(lián)的制動電阻至少為0.6。3.3下放重物時的制動電阻由于1.0443>0.6,滿足要求，所以該他勵直流電動機(jī)采用能耗制動以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物時，在電樞電路中應(yīng)串聯(lián)1.0443

14、的制動電阻。3.4迅速停機(jī)過程參數(shù)與穩(wěn)定下放重物過程參數(shù)的對比表 3-1迅速停機(jī)參數(shù)電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)迅速停機(jī)(kW)(V)(A) (r/min)(A)(N·m) ()(V) (A) (V) ()2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.370.6表3-2穩(wěn)定下放重物參數(shù)電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)下放重物(kW)(V)(A) (r/min) (A)n(r/min)(N·m) () (V) (A) ()22220115150023010001200.25191.30.12751.218298.511.04434結(jié)論直流電動機(jī)的

15、制動方式有多種，包括能耗制動、反接制動、回饋制動?？紤]到能耗制動被廣泛應(yīng)用到汽車的電動絞盤，所以本課程設(shè)計的研究方向是能耗制動，根據(jù)制動要求和條件的不同能耗制動又分為迅速停機(jī)和下放重物，并以他勵直流電動機(jī)為例進(jìn)行分析。首先，本設(shè)計先介紹了直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，文字說明的同時也附加了圖像，使描述更具體容易理解。其次，是制動的詳細(xì)過程，包括迅速停機(jī)和下放重物，迅速停機(jī)和下放重物又同時用狀態(tài)分析和機(jī)械特性兩種角度進(jìn)行描述和分析，并附有圖像說明和公式分析。最后，參考相關(guān)資料本設(shè)計給出了一組合理的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)以上公式計算出兩種情況下的制動時所需電阻R的大小要求，并以表格的形式給出對比。短短的一周課程設(shè)計，讓我收獲很多，通過查閱資料，仔細(xì)安排課程設(shè)計的全過程，讓我對直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理有了更為清楚的認(rèn)識，同時通過對他勵直流電動機(jī)能耗制動的研究與學(xué)習(xí)，更加深刻的了解了他勵直流電動機(jī)的工作特點及能耗制動的工作過程。但是，在這幾天的課程設(shè)計中，遇到了不少困難，認(rèn)識到自己知識面的狹窄，動手動腦能力的缺乏，做事的細(xì)心程度不夠等各種缺點，這些都需要以后在不斷地學(xué)習(xí)和實踐中努力改正，就算事情在容易，也要認(rèn)真對待，不能馬虎，心細(xì)就能為自己創(chuàng)造時