直流電動機電樞串電阻起動設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上指導教師評定成績： 審定成績： 重 慶 郵 電 大 學 移 通 學 院課程設計報告 設計題目： 直流電動機電樞串電阻起動設計學 校： 重慶郵電大學移通學院 學 生 姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 指 導 教 師： 課程設計任務書一、 設計題目直流電動機電樞串電阻起動設計二、 設計任務某工廠有一臺他勵直流電動機，已知參數(shù)如下：三、設計計劃電機與拖動課程設計預計6天內(nèi)完成。前三天查找并收集相關資料，之后兩到3天總結(jié)并整理設計的內(nèi)容，最后1天系統(tǒng)的進行相關課題的設計，反映到書面上來。三、 設計內(nèi)容1、 設計包含直流電動機工作原理；2、 電動機的機械特性分析說明；3、

2、 分析說明直流電機串電阻啟動適用場合；4、 他勵直流電動機啟動方法，詳細說明串電阻啟動（包含啟動過程分析）；5、 串電阻啟動方案分析設計計算四、 設計要求1、 設計工作量是按要求完成設計說明書一份；2、 設計參數(shù)：學號20 ：I1=2.0 IN，I2=1.2 IN; I1啟動電流，I2為切換電流3、 計算出合理的啟動級數(shù)m;4、 設計求解出各級串入的電阻值；5、 設計必須根據(jù)進度計劃按期完成；6、 結(jié)論7、 設計說明書必須經(jīng)指導老師審查簽字。 指導教師： 時 間： 2013.12.5摘要直流電動機是人類最早發(fā)明的一種電機。直流電機可作為電動機用，也可作為發(fā)電機用。滯留電動機是將直流電轉(zhuǎn)換成機械

3、能的而帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的電器設備。與交流電動機相比，直流電動機因結(jié)果復雜，維護困難，價格較貴等卻點制約了它的發(fā)展，但是它具有良好的啟動，調(diào)速和制動性能，因此在速度調(diào)節(jié)要求較高，正反轉(zhuǎn)和啟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地。在工業(yè)領域中直流電動機仍占有一席之地。因此有必要了解直流電動機的運轉(zhuǎn)特性。關鍵詞直流電動機 啟動 運轉(zhuǎn)特性 制動性能目錄前言 他勵直流電動機在啟動瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，電動勢E=0，由電樞電流方程式（1）可知，啟動電流如式（2）所示。在額定電壓下直接啟動時，由于Ra很小，Is很大，一般可達電樞電流額定的倍。這樣打的電流是換向所不允許的。同時由式（3

4、）可知，啟動轉(zhuǎn)矩也能達到額定轉(zhuǎn)矩的倍。雖然啟動轉(zhuǎn)矩大可以使電機加速快，但是過大的啟動轉(zhuǎn)矩會使電動機和它所拖動的生產(chǎn)機械遭受突然的巨大沖擊，以致?lián)p壞傳動機構(gòu)和生產(chǎn)機械。由此可見，除了額定功率在數(shù)百瓦以下的微型直流電動機，因電樞繞組導線細、電樞電阻Ra大、轉(zhuǎn)動慣量又比較小，可以直接啟動外，一般的直流電動機是不允許采用直接啟動。 （1） （2） （3） 因此，必須將啟動電流限制在運行范圍之內(nèi)。由式（2）可以看出，方法有兩個：降低電樞電壓和增加電樞電阻Ra。第1章1.1直流電動機的工作原理由于電樞線圈中感應產(chǎn)生的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿?。電刷上不加直流?/p>

5、壓，用原動機拖動電樞使之逆時針方向恒速轉(zhuǎn)動，線圈兩邊就分別切割不同極性磁極下的磁力線，而在其中感應產(chǎn)生電動勢，電動勢方向按右手定則確定。這種電磁情況表示在圖上。由于電樞連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，因此，必須使載流導體在磁場中所受到線圈邊ab和cd交替地切割N極和S極下的磁力線，雖然每個線圈邊和整個線圈中的感應電動勢的方向是交變的線圈內(nèi)的感應電動勢是一種交變電動勢，而在電刷A，B端的電動勢卻為直流電動勢(說得確切一些，是一種方向不變的脈振電動勢)。因為，電樞在轉(zhuǎn)動過程中，無論電樞轉(zhuǎn)到什么位置，由于換向器配合電刷的換向作用，電刷A通過換向片所引出的電動勢始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動勢，因此，電刷A始終有正

6、極性。同樣道理，電刷B始終有負極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如每極下的線圈數(shù)增多，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機的工作原理。同時也說明子直流發(fā)電機實質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機。 從基本電磁情況來看，一臺直流電機原則上既可工作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，只是約束的條件不同而已。在直流電機的兩電刷端上，加上直流電壓，將電能輸入電樞，機械能從電機軸上輸出，拖動生產(chǎn)機械，將電能轉(zhuǎn)換成機械能而成為電動機，如用原動機拖動直流電機的電樞，而電刷上不加直流電壓，則電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源，可輸出電能，電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能而成為發(fā)電機。同

7、一臺電機，能作電動機或作發(fā)電機運行的這種原理在電機理論中稱為可逆原理。 第2章2.1直流電動機的分類根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型2.1.1他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動機，若為發(fā)電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。2.1.2并勵直流電機并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖（b）所示。作為并勵發(fā)電機來說，是電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。2.1.3串勵直流電機串勵

8、直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。2.1.4復勵直流電機復勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖（d）所示。不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復勵式。第3章3.1電動機的機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系。機械特性是電動機機械性能的主要表現(xiàn)，它與負載的機械特性，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：  

9、0;  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：    已知直流電動機的機械特性方程式為    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，為機械特性的斜率。    當， ，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。當改變或或電樞回路串電阻時，其機械特性的或?qū)⑾鄳兓藭r稱為直流電動機的人為機械特性。    若不計電樞反應的影響，當電動機正向運行時，其機械特性是一條橫跨I、II、IV象

10、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)。第4章4.1他勵直流電動機串電阻起動4.1.1.增加電樞電阻起動在實際中，如果能夠做到適當選用各級起動電阻，那么串電阻起動由于其起動設備簡單、經(jīng)濟和可靠，同時可以做到平滑快速起動，因而得到廣泛應用。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。下面僅以直流他勵電動機電樞回路串電阻起動為例說明起動過程。 1、啟動過程分析如圖(a)所示，當電動機已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U。觸點KM1、KM2均斷開,電樞串入了全部附加電阻RK1+RK2 ,電樞回路總

11、電阻為Ral=ra+RK1 +RK2。這是啟動電流為 =與起動電流所對應的起動轉(zhuǎn)矩為T1。對應于由電阻所確定的人為機械特性如圖(b)中的曲線1所示。 (a) 電路圖 (b) 特性圖 圖4 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)的基本運動方程式 T-TL=J 式中 T電動機的電磁轉(zhuǎn)矩； TL由負載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩； J電動機的轉(zhuǎn)動慣量； 由于起動轉(zhuǎn)矩T1大于負載轉(zhuǎn)矩TL，電動機受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動機開始起動。在圖(b)上，由a點沿曲線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K

12、M1閉合，切除一段起動電阻RK1。b點所對應的電樞電流I2稱為切換電流，其對應的電動機的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+。這時電動機對應于由電阻Ra2所確定的人為機械特性，見圖(b)中曲線2。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，其相應的電動機轉(zhuǎn)矩也突增。適當?shù)剡x擇所切除的電阻值，使切除后的電樞電流剛好等于，所對應的轉(zhuǎn)矩為T2，即在曲線2上的c點。又有T1>T2，電動機在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點沿曲線2上升到d點?？刂泣cKM2閉合，又切除一切起動電阻。同理，由d點過度到e點，而且e點正好在固有機械特

13、性上。電樞電流又由I2突增到，相應的電動機轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1> TL，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(或相應的最大轉(zhuǎn)矩T2)及切換電流 (或與之相應的切換轉(zhuǎn)矩T2)都是不變的，這樣，使得起動過程有較均勻的加速。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。下面討論應該如何計算起動電阻。 2、起動電阻的計算 在圖(b)中，對a點，有=即 Ra1=當從曲線1(對應于電樞電路總電阻 Ra1=ra+)轉(zhuǎn)換得到曲線2(對應于總電阻Ra2=ra+)時，亦即從點轉(zhuǎn)換到點時，由于切除電阻RK1進行

14、很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc，即電動勢Eb=Ec，這樣在點有=在c點 =兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 同樣，當從d點轉(zhuǎn)換到e點時，得 = 這樣，如圖4所示的二級起動時，得 =推廣到m級起動的一般情況，得=式中為最大起動電流與切換電流之比，稱為起動電流比(或起動轉(zhuǎn)矩比)，它等于相鄰兩級電樞回路總電阻之比。由此可以推出 =式中m為起動級數(shù)。由上式得 =如給定 ,求m,可將式=取對數(shù)得 m=由式=可得每級電樞回路總電阻進而求出各級啟動電阻為： =Ra1-Ra2 =Ra2-Ra3 =Ra3-Ra4 R(m-1)=R a(m-1)-Ram Rm=Ram-ra起動最大電流及切換電流I2按生產(chǎn)

15、機械的工藝要求確定，一般 =(2.02.5) =(1.11.2) 第5章5.1直流電動機電樞串電阻起動設計方案5.1.1選擇啟動電流I1和切換電流I2=(22.5)=(22.5)×277=(554692.5)A=(1.11.2)=(1.11.2)×277=(304.7332.4)選擇=554，=332.45.1.2求出起切電流比=1.6675.1.3求出電動機的電樞電路電阻Ra(取)5.1.4求出啟動時電樞電路的總電阻RamRam=360/554=0.6505.1.5求出啟動級數(shù)m取m=45.1.6重新計算，校驗=1.715=323.0在規(guī)定范圍之內(nèi)5.1.7求出各級總電阻

16、= =1.715*0.178=0.649=1.715*0.151=0.378= =1.715*0.129=0.221= =1.715*0.075=0.129= =0.0755.1.8求出各級啟動電阻Rst1=-=(0.129-0.075)=0.054Rst2=-=(0.221-0.129)=0.1069Rst3=-=(0.378-0.221)=0.157Rst4=-=(0.649-0.378)=0.271結(jié)論根據(jù)以上的設計實踐，他勵直流電動機串電阻啟動計算方法可歸結(jié)如下： 擇啟動電流和切換電流 啟動電流為對應的啟動轉(zhuǎn)矩 切換電流為 對應的啟動轉(zhuǎn)矩T； 求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比b； 求出電動機的電

17、樞電路電阻； 求出啟動時的電樞總電阻； 求出啟動級數(shù)m； 重新計算b，校驗是否在規(guī)定范圍內(nèi)； 若m是取相近整數(shù)，則需重新計算； b 再根據(jù)得出的b重新求出，并校驗是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若不 在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大啟動級數(shù)m重新計算b和，直到符合要求為止。 出各級總電阻 求出各級啟動電阻 這便是他勵直流電動機電樞串電阻起動的大體思路與過程。心得與體會經(jīng)過為期一周的研究與設計，本次電機與拖動課程設計直流電動機電樞回路串電阻起動較為順利的完成。這是我自入學以來第一次進行課程設計，因此感觸頗深，在這次設計過程中，我深刻地體會到了科學的嚴謹，還有必須要有一個正確的態(tài)度去面對設計。通過這次課程設計，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，讓我深刻地了解到前人在科學研究上態(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真