他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)的設(shè)計(jì)

1、指導(dǎo)教師評(píng)定成績： 審定成績： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院自 動(dòng) 化 系課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)的設(shè)計(jì)學(xué) 生 姓 名： 無 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 05111202 學(xué) 號(hào)： 20122222 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年 12 月 重慶郵電大學(xué)移通自動(dòng)化系制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)某工廠有一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，已知參數(shù)如下：Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ； nN=1500r/min；Ra=0.076；采用分級(jí)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流最大不超過2IaN,，求各段電阻值，并且求出切除電阻時(shí)的

2、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)勢(shì)，并作出機(jī)械特性曲線，對(duì)啟動(dòng)特性進(jìn)行分析。三、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)工作量為按要求完成設(shè)計(jì)說明書一份。2、設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃按期完成。3、設(shè)計(jì)說明書必須經(jīng)指導(dǎo)教師審查簽字方可答辯。指導(dǎo)教師： 時(shí) 間：2014年12月摘 要他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)由于電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，最初起動(dòng)電流,若直接起動(dòng),由于Ra很小, 會(huì)十幾倍甚至幾十倍于額定電流, 無法換向,同時(shí)也會(huì)過熱,因此不能直接起動(dòng)。要限制起動(dòng)電流的大小可以有兩種方法:降低電樞電壓和電樞回路串接附加電阻。本文僅以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的串電阻起動(dòng)為主題進(jìn)行詳細(xì)的闡述。在實(shí)際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級(jí)起動(dòng)電阻，那么串電阻起動(dòng)由于其起動(dòng)設(shè)備

3、簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時(shí)可以做到平滑起動(dòng)，因而得到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于不同類型和規(guī)格的直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)起動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)要求也不盡相同。關(guān)鍵詞：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；起動(dòng)電流；串電阻起動(dòng)；目 錄引言1第一章 直流電動(dòng)機(jī)21.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理21.2直流電動(dòng)機(jī)的分類31.3他勵(lì)直流電機(jī)工作原理3第二章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)42.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)42.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)方案82.3 多級(jí)起動(dòng)的規(guī)律9第三章 設(shè)計(jì)小結(jié)10第四章 設(shè)計(jì)體會(huì)12參考文獻(xiàn)13引 言他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間雖然很短，但是如果不能采用正確的起動(dòng)方法，電動(dòng)機(jī)就不能正常地投入運(yùn)行。為此，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程和方法進(jìn)行

4、必要的分析。直接起動(dòng)時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞加額定電壓UN，電樞回路不串任何電阻，此時(shí)由于，所以起動(dòng)電流，由于電樞回路總電阻Ra較小，所以可以達(dá)到額定電流IN的十幾甚至幾十倍。這樣大的電流 也可以造成電機(jī)換向嚴(yán)重不良，產(chǎn)生火花，甚至正、負(fù)電刷間出現(xiàn)電弧，燒毀電刷及換向器。另外，過大的起動(dòng)電流使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過大，會(huì)使機(jī)械撞擊，也會(huì)引起供電電網(wǎng)電波動(dòng)，從而引起其他接于同一電網(wǎng)上的電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，因此是不允許的。一般只有微型直流電動(dòng)機(jī)，由于自身電樞電阻大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，起動(dòng)時(shí)間短，可以直接起動(dòng)，其他直流電機(jī)都不允許直接起動(dòng)。在拖動(dòng)裝置要求不高的場合下，可以采用降低起動(dòng)電壓或在電樞回路串電阻的方法。他勵(lì)直

5、流電動(dòng)機(jī)在電樞回路中串電阻，具有良好的起動(dòng)特性、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流，可以滿足生產(chǎn)機(jī)械需要的要求。本文借助圖像對(duì)整個(gè)過程被各個(gè)變量與時(shí)間的相互關(guān)系進(jìn)行了描繪，對(duì)更加清楚地了解和設(shè)計(jì)他勵(lì)直流電機(jī)起動(dòng)的特點(diǎn)具有重要意義。第一章 直流電動(dòng)機(jī)1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：上圖所示為最簡單的直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。直流電動(dòng)機(jī)換向器是由二片互相絕緣的半圓銅環(huán)（換向片）構(gòu)成的，每一換向片都與相應(yīng)的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)，并與電刷A、B相接觸。若電刷A是正電位，B是負(fù)電位，那么在N極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組ab中的電流從a流向b，在S極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞

6、組cd中的電流從c流向d。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動(dòng)機(jī)左手定則判斷，如圖中ab邊受力方向是向左，而cd則向右。由于磁場是對(duì)稱的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受的電磁力的大小相等。這樣轉(zhuǎn)子線圈上受到的電磁力 f的作用而按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時(shí)，線圈中的電流為零。因此，電磁力也等于零。但由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)過半圈之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是由于電刷和換向片的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中的電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流，則

7、從b流向a。因此，電磁力f的方向仍然不變，轉(zhuǎn)子線圈仍按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)?？芍?，分別在N，S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的。由此，線圈二邊受力方向也不變。這樣，線圈就可以按照受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。1.2直流電動(dòng)機(jī)的分類根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分；他勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī)、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。1.3他勵(lì)直流電機(jī)工作原理他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，接線如圖1.3所示。圖中M表示電動(dòng)機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。圖1.3他勵(lì)直流電機(jī)工作原理圖第二章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2.1 他

8、勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)在實(shí)際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級(jí)起動(dòng)電阻，那么串電阻起動(dòng)由于其起動(dòng)設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時(shí)可以做到平滑快速起動(dòng)，因而得到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于不同類型和規(guī)格的直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)起動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)要求也不盡相同。下面僅以直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)為例說明起動(dòng)過程。 (1) 起動(dòng)過程分析如圖2.1（a)所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)已有磁場時(shí)，給電樞電路加電源電壓U。觸點(diǎn)KM1、KM2均斷開,電樞串入了全部附加電阻RK1+RK2 ,電樞回路總電阻為Ral=Ra+RK1 +RK2。這是起動(dòng)電流為 與起動(dòng)電流所對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T1。對(duì)應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖2.1(b)中的曲線1所示。 (

9、a) 電路圖 (b) 特性圖 圖2.1 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)分二級(jí)起動(dòng)的電路和特性根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式 式中 T電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩； TL由負(fù)載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩； J電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。在圖2.1(b)上，由a點(diǎn)沿曲線1上升，反電動(dòng)勢(shì)亦隨之上升，電樞電流下降，電動(dòng)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(shí)，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(dòng)電阻RK1。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電樞電流稱為切換電流，其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除后，電樞回路總電阻為。這時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于由電阻Ra

10、2所確定的人為機(jī)械特性，見圖2.1(b)中曲線2。在切除起動(dòng)電阻RK1的瞬間，由于慣性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動(dòng)勢(shì)亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值，使切除后的電樞電流剛好等于，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2，即在曲線2上的c點(diǎn)。又有T1>T2，電動(dòng)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)?？刂泣c(diǎn)KM2閉合，又切除一切起動(dòng)電阻。同理，由d點(diǎn)過度到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固有機(jī)械特性上。電樞電流又由突增到，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1 。T1> TL，沿固有特性加速到g點(diǎn)T=TL，n=ng電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過程結(jié)束。在分級(jí)起動(dòng)過程中，各

11、級(jí)的最大電流 (或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2)及切換電流 (或與之相應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T2)都是不變的，這樣，使得起動(dòng)過程有較均勻的加速。要滿足以上電樞回路串接電阻分級(jí)起動(dòng)的要求，前提是選擇合適的各級(jí)起動(dòng)電阻。下面討論應(yīng)該如何計(jì)算起動(dòng)電阻。 (2) 起動(dòng)電阻的計(jì)算 在圖2.1(b)中，對(duì)a點(diǎn)，有即 當(dāng)從曲線1(對(duì)應(yīng)于電樞電路總電阻轉(zhuǎn)換得到曲線2(對(duì)應(yīng)于總電阻)時(shí)，亦即從點(diǎn)轉(zhuǎn)換到點(diǎn)時(shí)，由于切除電阻RK1進(jìn)行很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc，即電動(dòng)勢(shì)Eb=Ec，這樣在點(diǎn)有在c點(diǎn) 兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 同樣，當(dāng)從d點(diǎn)轉(zhuǎn)換到e點(diǎn)時(shí)，得 這樣，如圖2.1所示的二級(jí)起動(dòng)時(shí)，得 推廣到m級(jí)起動(dòng)的一般情況

12、，得=式中為最大起動(dòng)電流與切換電流之比，稱為起動(dòng)電流比(或起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比)，它等于相鄰兩級(jí)電樞回路總電阻之比。由此可以推出 式中m為起動(dòng)級(jí)數(shù)。由上式得 =如給定 ,求m,可將式=取對(duì)數(shù)得 m=由式=可得每級(jí)電樞回路總電阻進(jìn)而求出各級(jí)起動(dòng)電阻為： 起動(dòng)最大電流及切換電流按生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求確定，一般 = =2.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)方案（1）選擇起動(dòng)電流和切換電流=(1.52.0)=(1.52.0)×497A=(745.5994)A=(1.11.2)=(1.11.2)×497A=(546.7596.4)A 選擇=840A，=560A。（2）求出起切電流比=1.5（3）求

13、出起動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻Ram=0.524（4）求出起動(dòng)級(jí)數(shù)mm=4.76 取m=5（5）重新計(jì)算，校驗(yàn)=1.47=571在規(guī)定范圍之內(nèi)。（6）求出各級(jí)總電阻=1.4750.076=0.52 （7）求出各級(jí)起動(dòng)電阻2.3 多級(jí)起動(dòng)的規(guī)律（1）不同加速級(jí)的機(jī)電常數(shù)是不同的，電樞電路的電阻越大，則TM越大。（2）不同加速級(jí)的起始轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是不同的，這是由于不同的機(jī)械特性與恒切換轉(zhuǎn)矩T2（或切換電流I2）特性及恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL（或負(fù)載電流IL）特性的交點(diǎn)是不同的。（3）起動(dòng)級(jí)數(shù)的選?。喝Q于負(fù)載的大小與對(duì)起動(dòng)平滑性的要求。級(jí)數(shù)越多起動(dòng)平滑性越好，但是起動(dòng)設(shè)備與控制裝置龐雜，投資大。一般取級(jí)，空載或

14、輕載取，重載或滿載取。第三章 設(shè)計(jì)小結(jié)根據(jù)以上的設(shè)計(jì)實(shí)踐，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)計(jì)算方法可歸結(jié)如下：（1）選擇起動(dòng)電流和切換電流=（2.02.5）IN=(1.11.2)IL起動(dòng)電流為,對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1；T1=(1.52.0) TN切換電流為,對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T2；T2=（1.52.0）TN（2）出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比；=/（3）出電動(dòng)機(jī)的電樞電路電阻ra；（4）出起動(dòng)時(shí)的電樞總電阻Rm；（5）出起動(dòng)級(jí)數(shù)m； 選取m=3（6）重新計(jì)算，校驗(yàn)I2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；= 再根據(jù)得出的重新求出，并校驗(yàn)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(dòng)級(jí)數(shù)m重新計(jì)算和，直到符合

15、要求為止。（7）求出各級(jí)總電阻（8）求出各級(jí)起動(dòng)電阻這便是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)的大體思路與過程。第四章 設(shè)計(jì)體會(huì)在本次的設(shè)計(jì)中，讓我學(xué)到了很多東西。學(xué)會(huì)了細(xì)心做好每一個(gè)步奏，每一個(gè)步奏都關(guān)系到后面的設(shè)計(jì)。還有要多多的向同學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)如何運(yùn)用課本中的知識(shí)，這次的課程設(shè)計(jì)讓我真正的認(rèn)識(shí)到要學(xué)以致用還是有一定的難度。我要更加的努力學(xué)習(xí)并且加以致用，并且加強(qiáng)綜合的應(yīng)用及綜合應(yīng)用能力。深刻的認(rèn)識(shí)到自己與實(shí)際要求的差距還是有很大的距離。我必須為將來踏進(jìn)社會(huì)做充足的準(zhǔn)備！致謝感謝張強(qiáng)老師一直嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍對(duì)待學(xué)問，是我學(xué)習(xí)中的榜樣；在老師啟發(fā)下，我們有了大概的思路；這次課程設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)與數(shù)據(jù)，都離不開老師指導(dǎo)。正因?yàn)槔蠋熤v解，才讓我更快寫出課程設(shè)計(jì)的思路，讓我更加順利地完成了這次課程設(shè)計(jì)。同時(shí)感謝對(duì)我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，同時(shí)也感謝你們?cè)诳臻e的時(shí)候跟我討論，為我解