直流電動機電樞串電阻起動設計

1、課程設計名稱電機與拖動課程設計題目：直流電動機電樞串電阻起動設計 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 課程設計成績評定表學期第四學期姓名劉明劍專業(yè)班級課題名稱電機與拖動課程設計論文題目直流電動機電樞串電阻起動設計評 定 標 準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內容難易性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：任課教師時間年 月 日備注課程設計任務書一、 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，已知參數如下：三、設計計劃電機與拖動課程設計預計10天內完成。前三天查找并收集相關資料，之后兩到三天總結并整理設計的

2、內容，最后幾天系統的進行相關課題的設計，反映到書面上來。三、 設計要求1、設計工作量是按要求完成設計說明書一份；2、設計必須根據進度計劃按期完成；3、設計說明書必須經指導老師審查簽字。 一、直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理如下：如上圖所示為最簡單的直流電動機的原理圖。其換向器是由二片互相絕緣的半圓銅環(huán)（換向片）構成的，每一換向片都與相應的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉，并與電刷A、B相接觸。若電刷A是正電位，B是負電位，那么在N極范圍內的轉子繞組ab中的電流從a流向b，在S極范圍內的轉子繞組cd中的電流從c流向d。轉子載流導體在磁埸中要受到電磁力的作用，根據磁場方向和導體中的電流方向

3、，利用電動機左手定則判斷，如圖中ab邊受力方向是向左，而cd則向右。由于磁場是對稱的，導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。這樣轉子線圈上受到的電磁力 f的作用而按逆時針方向旋轉。當線圈轉到磁極的中性面時，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)轉動。線圈轉過半圈之后，雖然ab與cd的位置調換了，ab轉到S極范圍內，cd轉到N極范圍內，但是由于電刷和換向片的作用，轉到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，則從b流向a。因此，電磁力f的方向仍然不變，轉子線圈仍按逆時針方向轉動?？梢?，分別在N，S極范圍內

4、的導體中的電流方向總是不變的。因此，線圈二邊受力方向也不變。這樣，線圈就可以按受力方向不停地旋轉。這就是直流電動機的工作原理。直流電動機的分類根據勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。1他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯接關系，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，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

5、。3串勵直流電機串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯后，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。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。 電動機的機械特性是指電動機的轉速與轉矩的關系。機械特性是電動機機械性能的主要表現，它與負載的機械特性，運動方程式相聯系，將決定拖動系統穩(wěn)定運行及過渡過程的工作情況。    機械特性中的是電磁轉矩，它與電動機軸上的輸出轉矩是不同的，其間差一空載轉矩，即：  

6、60;  在一般情況下，因為空載轉矩相比或很小，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電阻，為理想空載轉速記為，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，其機械特性的或將相應變化，此時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

7、象限的直線。其中第I象限為電動機運行狀態(tài)，其特點是電磁轉矩的方向與旋轉方向（轉速的方向）相同，第II、IV象限為制動運行狀態(tài)。他勵直流電動機串電阻起動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4(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 ,電樞回路總電阻為Ral

8、=ra+RK1 +RK2。這是啟動電流為 =與起動電流所對應的起動轉矩為T1。對應于由電阻所確定的人為機械特性如圖4(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電力拖動系統的基本運動方程式 T-TL=J 式中 T電動機的電磁轉矩； TL由負載作用所產生的阻轉矩； J電動機的轉動慣量； 由于起動轉矩T1大于負載轉矩TL，電動機受到加速轉矩的作用，轉速由零逐漸上升，電動機開始起動。在圖4(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，電動機的轉矩亦隨之下降，加速轉矩減小。上升到b點時，為保證一定的加速轉矩，控制觸點KM1閉合

9、，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矩T2稱為切換轉矩。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4(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，其相應的電動機轉矩也突增。適當地選擇所切除的電阻值，使切除后的電樞電流剛好等于，所對應的轉矩為T2，即在曲線2上的c點。又有T1>T2，電動機在加速轉矩作用下，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性上。

10、電樞電流又由I2突增到，相應的電動機轉矩由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，起動過程結束。在分級起動過程中，各級的最大電流I1(或相應的最大轉矩T2)及切換電流 (或與之相應的切換轉矩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4(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+)轉換得到曲線2(對應于總電阻Ra2=ra+)時，亦即從點轉換到點時，由于切除電阻RK1進行

11、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。由上式得 =如給定 ,求m,可將式=取對數得 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

12、機械的工藝要求確定，一般 =(1.52.0) =(1.11.2) 直流電動機電樞串電阻起動設計方案1）選擇啟動電流I1和切換電流I2=(1.52.0)=(1.52.0)×497=(745.5994)A=(1.11.2)=(1.11.2)×497=(546.7596.4)選擇=840，=560。2）求出起切電流比=1.53）求出啟動時電樞電路的總電阻RamRam=0.524（4）求出啟動級數mm=4.76取m=55）重新計算，校驗=1.47=571在規(guī)定范圍之內。6）求出各級總電阻=ra=1.4750.076=0.52=ra =1.4740.076=0.35=ra=1.473

13、0.076=0.24=ra=1.4720.076=0.16=ra=1.470.076=0.11=Ra=0.0767）求出各級啟動電阻Rst1=-=(0.11-0.076)=0.034Rst2=-=(0.16-0.11)=0.05Rst3=-=(0.24-0.16)=0.08Rst4=-=(0.35-0.24)=0.11Rst5=-=(0.52-0.35)=0.27結論根據以上的設計實踐，他勵直流電動機串電阻啟動計算方法可歸結如下：選擇啟動電流和切換電流啟動電流為；對應的啟動轉矩T1；切換電流為；對應的啟動轉矩T；求出起切電流（轉矩）比；求出電動機的電樞電路電阻ra；求出啟動時的電樞總電阻Rm；

14、求出啟動級數m；重新計算，校驗I2是否在規(guī)定范圍內；若m是取相近整數，則需重新計算；= 再根據得出的重新求出，并校驗是否在規(guī)定范圍內。若不在規(guī)定范圍內，需加大啟動級數m重新計算和，直到符合要求為止。求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：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，對直流電機的電力拖動有了更加深入的理解與體會。與此同時，同學間的團結協作，密切配合，各抒己見同樣起到了至關重要的作用，這也是我明白了集體的重要性。另外，在設計過程中，也進一步礪練了自己，增強了獨立發(fā)現問題、思考并解決問題的能力，相信這些能力對于將來走進就業(yè)崗位都會有極大地益處?？偠灾?，在這一周的實踐中，我學到了許多有意的東西，這些東西都是很寶貴的財富。致謝首先我要向仲偉堂、王繼強、王巍等幾位老師表示由衷的感謝，在此特別感謝仲偉堂老師，他們嚴謹細致，一絲不茍的作風深深的感染了我。他們在百忙之余抽出時間進行耐心細致的指導，再次由衷的向他們表示感謝。在設計過程中也同樣得到了其他同學的熱心幫助，在此向他們表示