他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻三級(jí)起動(dòng)控制設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻三級(jí)起動(dòng)控制設(shè)計(jì)Separately Excited DC Motor Series Resistance Three Start Control Design 專心-專注-專業(yè)摘要這篇文章主要解決他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻三級(jí)起動(dòng)控制設(shè)計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出可以三級(jí)起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。本文通過(guò)理論設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)，再糾正的方法，闡述了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，得到了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法，通過(guò)得到的結(jié)論設(shè)計(jì)出可以三級(jí)起動(dòng)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵詞 他勵(lì)；直流；電阻；起動(dòng)；三級(jí)AbstractThis article mainly solv

2、es the separately excited DC motor series resistance three starting control design, design can be a level three starting motor. In this paper, through theoretical design, laboratory tests, and the correction method, elaborated separately excited DC motor's basic structure, working principle, got

3、 him excited DC motor starting method, the conclusion can be developed through three grade starting of separately excited DC motor.Keywords ：excitation; DC; resistance; starting; three目 錄1 緒論1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 圖1-1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1.1定子直流電子的定子有以下幾部分組成：（1） 主磁極 及原理圖中的N和S極。它由勵(lì)磁繞組和主磁極鐵芯兩部分組成。（2） 換向磁極 簡(jiǎn)稱換向極。它是位于主磁極之間的

4、比較小的磁極，也是由鐵芯和繞組兩部分組成。鐵芯一般用整塊鋼板加工而成。換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。換向磁極的作用是用來(lái)改善換向。（3） 機(jī)座 用鑄鋼或鋼板制成，是構(gòu)成直流電機(jī)的一部分。（4） 端蓋等 機(jī)座兩邊各有一個(gè)端蓋。1.1.2轉(zhuǎn)子直流電機(jī)轉(zhuǎn)子包括以下幾部分：（1） 電樞鐵心 它由硅鋼片疊成，表面有許多均勻分布的槽。（2） 電樞繞組 實(shí)際的電樞繞組由很多線圈按一定規(guī)則連接起來(lái)。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。1.1.3勵(lì)磁方式按勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)電機(jī)四種。如圖1.1.3-1所示，分

5、別給出了四種勵(lì)磁方式電路圖。 （ a ） 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) （ b ） 幷勵(lì)電動(dòng)機(jī) （ c ） 串勵(lì)電動(dòng)機(jī) （ d ） 復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī) 圖1-1-3-1直流電機(jī)按勵(lì)磁方式分類1.1.4額定值（1）額定電壓UN 在直流電動(dòng)機(jī)中，UN是指輸入電壓的額定值。若是他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，額定電壓分為額定電樞電壓UaN和額定勵(lì)磁電壓UfN。（2）額定電流IN在直流電動(dòng)機(jī)中，IN是指輸入的額定值，若是他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，額定電流分別為額定電樞電流IaN和額定勵(lì)磁電流IfN。（3）額定功率PN在直流電動(dòng)機(jī)中，PN是輸出的機(jī)械功率的額定值。它等于額定輸出轉(zhuǎn)矩T2N約定旋轉(zhuǎn)角速度N的乘積，即 PN=T2NN=2T2NnN/60（4）額定

6、轉(zhuǎn)速nN額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖1-2為直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。 （a） （b） 圖1-2直流電機(jī)的工作原理圖圖中N和S是一對(duì)固定不動(dòng)的磁極，用以產(chǎn)生所需要的磁場(chǎng)。如圖所示將電樞繞組通過(guò)電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相連，這時(shí)便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)電刷B流回電源的負(fù)極。在圖1-2（a）所示位置時(shí)，線圈ab邊在N極下，cd邊在S極下，電樞電流沿著abcd的方向流動(dòng)。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F，其方向可用左手定則來(lái)判斷。這一對(duì)電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 當(dāng)電樞繞組的ab邊轉(zhuǎn)到了S極

7、下，cd邊轉(zhuǎn)到了N極下，如果線圈中電流的方向仍然不變，那么作用在這兩個(gè)線圈邊上的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向就會(huì)與原來(lái)的方向相反，電機(jī)便無(wú)法旋轉(zhuǎn)。為此，必須改變電樞繞組中電流方向。這一任務(wù)由連接在線圈兩端的銅片和電刷來(lái)完成。如圖（b）可看到，由于原來(lái)電刷A接觸的線圈a端的銅片現(xiàn)已改成與電刷B接觸，而原來(lái)與電刷B接觸的線圈d端的銅片現(xiàn)已改成與電刷A接觸，因此電樞繞組中的電流變成沿dcba的方向流動(dòng)。利用左手定則判斷出點(diǎn)磁力機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。1.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 在他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)Ua、Ra和If保持不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。轉(zhuǎn)速與

8、轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：n=Ua/CE-RaT/CECT2 =n0-n=n0-Tn0為理想空在轉(zhuǎn)速：n0= Ua/CE n是轉(zhuǎn)差率：n= n0-n=Tr是機(jī)械特性的斜率：= RaT/CECT2機(jī)械特性的硬度為 =1/斜率越小，硬度越大，機(jī)械特性越硬。1.3.1固有特性如圖所示，由于電樞電阻Ra很小，所以機(jī)械特性的斜率很小，很大，固有特性為硬特性。圖1-3-11.3.2人為特性（1）增加電樞電阻時(shí)的人為特性如圖所示，串入的電阻越大，人為特性的斜率越大，硬度越小。圖1-3-2-1（2）降低電樞電壓時(shí)的人為特性Ua降低時(shí)，n0減小，不變，不變，機(jī)械特性平行下移。如圖所示圖1-3-2-2（3）減小勵(lì)磁電流時(shí)的人

9、為特性減小勵(lì)磁電流If，則磁通減小，n0增加，增加，減小，如圖所示圖1-3-2-32他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法和起動(dòng)過(guò)程直流電動(dòng)機(jī)剛與電源接通的瞬間，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)時(shí)，他勵(lì)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電流以及并勵(lì)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的輸入電流稱為起動(dòng)電流，這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。他勵(lì)電機(jī)起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，電動(dòng)勢(shì)E=0故起動(dòng)電流Is=Ua/Ra由于在額定電壓下直接起動(dòng)Ra很小，所以Is很大，可達(dá)額定電流的1020倍，這是換向所不允許的，故要使電流在允許范圍內(nèi)方法有兩個(gè)：降低Ua和增加Ra。2.1降低電樞電壓起動(dòng)起動(dòng)時(shí)加勵(lì)磁電壓Uf，保持勵(lì)磁電流If為額定值不變，電樞電壓Ua從零逐漸升高至額定值。這種起動(dòng)方

10、法的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)中能耗小，易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。缺點(diǎn)是初期投資大。2.2串電阻起動(dòng)串電阻起動(dòng)就是在起動(dòng)時(shí)將一組起動(dòng)電阻R串人電樞回路，以限制起動(dòng)電流，而當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)上升到額定轉(zhuǎn)數(shù)后，再把用開(kāi)關(guān)把電阻從電樞回路中切除。串電阻起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小；缺點(diǎn)是變阻器比較笨重，起動(dòng)過(guò)程中要消耗很多的能量。2.2.1無(wú)極起動(dòng)額定功率較小的電動(dòng)機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動(dòng)變阻器的無(wú)級(jí)起動(dòng)方法起動(dòng)。起動(dòng)前先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，加上勵(lì)磁電壓Uf，保持勵(lì)磁電流為額定值不變。再接通電樞電源，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻，直到全部切除。起動(dòng)變阻器的最大電阻值RsT是多少呢?設(shè)起動(dòng)電流值為I

11、s，該值不得超過(guò)Imax。由于此時(shí)=，因此求得=-。可以通過(guò)實(shí)測(cè)或者通過(guò)銘牌上提供的額定值進(jìn)行估算，由于在忽略的情況下，=，因此在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，有=。由于上式是在忽略情況下得到的，因此用上式估算的比實(shí)際值略大。2.2.2有級(jí)起動(dòng)額定功率較大的電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過(guò)程中既有比較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有使起動(dòng)電流不會(huì)超過(guò)允許值?，F(xiàn)以三級(jí)起動(dòng)為例來(lái)說(shuō)明起動(dòng)步驟和起動(dòng)過(guò)程。原理電路和機(jī)械特性如下圖2.2.2-1所示：（a）電路圖（b）特性圖圖2.2.2-1（1） 起動(dòng)過(guò)程 起動(dòng)步驟如下： 串聯(lián)起動(dòng)電阻RST1、RST2和RST3。起動(dòng)前開(kāi)關(guān)Q1、 Q2、Q3斷開(kāi)，使得電樞電路中串入電阻R

12、ST1、RST2和RST3，加上電樞電路自身電阻，電樞電路的總電阻為：Ra3=Ra+RST1+RST2+RST3加上勵(lì)磁電壓Uf，保持勵(lì)磁電流If為額定值不變，然后加上電樞電壓Ua，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖中的人為特性Ma。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械特性Ma由a1向a2點(diǎn)移動(dòng)。 切除起動(dòng)電阻RST3當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)a2點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩T2時(shí)，合上開(kāi)關(guān)Q3，切除起動(dòng)電阻RST3，電樞電路的總電阻變?yōu)镽a1=Ra+RST1+RST2。此時(shí)的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)槿藶樘匦訫b，切除RST3的瞬間，轉(zhuǎn)速來(lái)不及改變，工作點(diǎn)由Ma上的a2點(diǎn)平移到特性Mb上的b1點(diǎn)，使這時(shí)

13、的電磁轉(zhuǎn)矩T仍為T(mén)1，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性Mb上的b1點(diǎn)向b2點(diǎn)移動(dòng)。 切除起動(dòng)電阻RST2當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)b2點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩T又等于切換轉(zhuǎn)矩T2時(shí)合上開(kāi)關(guān)Q2切除起動(dòng)電阻RST2，電樞電路的總電阻變?yōu)镽a1=Ra+RST1。機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦訫c。工作點(diǎn)由b2平移至c1點(diǎn)使得這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T正好等于T1，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿人為特性Mc由c1點(diǎn)到c2點(diǎn)。 切除起動(dòng)電阻RST1當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c2點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩T又等于切換轉(zhuǎn)矩T2時(shí)合上開(kāi)關(guān)Q1。切除起動(dòng)電阻RST1，電樞電路的總電阻變?yōu)镽a0=Ra。機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦訫d。工作點(diǎn)由c2平移至d1點(diǎn)使得這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T正好等于T1，電動(dòng)

14、機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿人為特性Md由d1點(diǎn)經(jīng)d2點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在p點(diǎn)。整個(gè)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束.（2）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算 選擇起動(dòng)電流和切換電流： I1=（1.52.0）IaN I2=(1.11.2)IL 求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比：= 確定起動(dòng)級(jí)數(shù)m ：m=式中，Ram為m級(jí)起動(dòng)時(shí)的電樞起動(dòng)總電阻Ram= UaN /I1=mRa0=mRam=Ram/Ra 重新計(jì)算 ，校驗(yàn) I2 是否在規(guī)定的范圍內(nèi)若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算=根據(jù)重新求得的，重新求出I2并校驗(yàn)是否在所規(guī)定范圍內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需調(diào)整I1或加大起動(dòng)級(jí)數(shù)m，重新計(jì)算和I2,直到滿足要求為止。公式推導(dǎo)，即:= ，= = =同理

15、，由= 可得 ：=對(duì)于 m 級(jí)起動(dòng)，有：=求出各級(jí)起動(dòng)電阻：=(-)i=1，2，m3選擇轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)方式，按給定參數(shù)計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻值一臺(tái)Z3系列電動(dòng)機(jī)，已知PN=30kW，UaN=220V，IaN=158.6A。nN=1000r/min。Ra=0.194（1）選擇I1和I2。 I1=（1.52.0）IaN=（1.52.0）×158.6=（237.9317.2）A I2=（1.11.2）IaN=（1.11.2）×158.6=（174.46190.32）A選擇I1=295A，I2=180A（2）求出起切電流比=1.64（3）起動(dòng)級(jí)數(shù)m=0.75m=2.73取m=3。（4）重

16、新計(jì)算，校驗(yàn)I2=1.57 =187.90AI2在規(guī)定的范圍內(nèi)。（5）計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻RST1=（-1）Ra=（1.57-1）×0.194=0.111RST2=（2-）Ra=（1.572-1.57）×0.194=0.1736RST3=（3-2）Ra=（1.573-1.572）×0.194=0.273結(jié)論他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法：1 選擇起動(dòng)電流I1和切換電流I2為保證起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1對(duì)應(yīng)的電流I1不超過(guò)最大允許電樞電流Imax應(yīng)選擇I1=（1.52.0）IaN 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩T1=（1.52.0）TN為保證一定加速轉(zhuǎn)矩，減少起動(dòng)時(shí)間，一般選擇切換轉(zhuǎn)矩T2=（1.11.2）

17、TN 對(duì)應(yīng)的電流為I2=（1.11.2）IL2求出起切電流比3確定起動(dòng)級(jí)數(shù)4 若m取相近整數(shù)，則重新計(jì)算，并重新求出I2，校驗(yàn)是否在規(guī)定范圍之內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，則需重新調(diào)整I1或加大起動(dòng)級(jí)數(shù)m，重新計(jì)算和I2，直到滿足條件為止。5 求出各級(jí)電阻心得此次的電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)電機(jī)與拖動(dòng)這門(mén)課有了更深層次的理解。電機(jī)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁裝置。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，查閱大量的資料，從中我學(xué)到了更多課本中學(xué)不到的知識(shí)和技能。從中我有了以下幾點(diǎn)收獲：（1）有利于我們學(xué)習(xí)能力的提高。這里所說(shuō)的學(xué)習(xí)能力包括獲取資料的能力、理解前人思路的能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、分析排除故障能力、表達(dá)能力等很多方面。（2）有利于我們團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。在課堂之外實(shí)際的工作中，我們一般都要與人合作共同完成某一項(xiàng)目，這就非常需要團(tuán)隊(duì)精神，而這一點(diǎn)在課堂常規(guī)教學(xué)中得到的鍛煉是很有限的。在設(shè)計(jì)中必須互相信任、互相配合、分工合作。在順境時(shí)小組成員要相互提醒保持冷靜，逆境時(shí)要相互鼓勵(lì)共度難關(guān)，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不能相互埋怨。這些與課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)獨(dú)立性是有明顯區(qū)別的。 （3）有利于我們心理素質(zhì)的鍛煉。課程設(shè)計(jì)時(shí)間決定了設(shè)計(jì)結(jié)果的產(chǎn)生會(huì)有很大的不確定性，一個(gè)極其偶然的失誤都會(huì)導(dǎo)致最終的不理想結(jié)果，因此需要參賽者具備良好的心理素質(zhì)，全心全意投入緊張激烈的