直流電動機電樞串電阻起動設計(二)

1、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：I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：05111101:PN=100KW5n二360VIon=277AnN=3200r/min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、分析說

2、明直流電機串電阻啟動適用場合；ii4 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=2.0In,12=1.2IN；Il啟動電流，12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：2013.12.514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換成機械能的而帶動生產(chǎn)機械運轉的電器設備。與交

3、流電動機相比，直流電動機因結果復雜，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，調速和制動性能，因此在速度調節(jié)要求較高，正反轉和啟動頻繁或多個單元同步協(xié)調運轉的生產(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特性。關鍵詞直流電動機啟動運轉特性制動性能目錄前言VI第1章VII1.1直流電動機的工作原理VII第2章IX2.1 直流電動機的分類IX2.1.1 他勵直流電機IX2.1.2 并勵直流電機IX2.1.3 串勵直流電機IX2.1.4 復勵直流電機IX第3章XI3.1電動機的機械特性XI第4章XIII4.1 他勵直流電

4、動機串電阻起動XIII4.1.1. 增加電樞電阻起動XIII第5章XVII5.1 直流電動機電樞串電阻起動設計方案XVII5.1.1 選擇啟動電流I1和切換電流I2XVII5.1.2 求出起切電流比PXVII5.1.3 求出電動機的電中區(qū)電路電阻RaXVII5.1.4 求出啟動時電樞電路的總電阻RamXVII5.1.5 求出啟動級數(shù)mXVII5.1.6 重新計算P,校驗I2XVIII5.1.7 求出各級總電阻XVIII5.1.8 求出各級啟動電阻XVIII結論XIX心得與體會XX參考文獻XXI、兒、,刖百他勵直流電動機在啟動瞬間，轉速n=0,電動勢E=0,由電樞電流方程式（1）可知，啟動電流如

5、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1020倍。這樣打的電流是換向所不允許的。同時由式（3）可知，啟動轉矩也能達到額定轉矩的1020倍。雖然啟動轉矩大可以使電機加速快，但是過大的啟動轉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)(3),Ua-EIa=Ra,UaIs=RaT=Ctla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

6、：降低電樞電壓Ua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?。電刷上不加直流電壓，用原動機拖動電樞使之逆時針方向恒速轉動，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，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

7、變的脈振電動勢）。因為，電樞在轉動過程中，無論電樞轉到什么位置，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

8、產(chǎn)機械，將電能轉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，電機將機械能轉換成電能而成為發(fā)電機。同一臺電機，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)

9、，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申勵兩個勵磁繞組，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。3.1電動機的機械特性是指電動機的轉速用與轉矩7的關系因。機械特性是電動機機械性能T_T=空電的主要表現(xiàn)，它與負載的機械特性

10、兇二/（4）,運動方程式一工一三"一龍相聯(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7是電磁轉矩，它與電動機軸上的輸出轉矩E是不同的，其間差一空載轉矩方，即:在一般情況下，因為空載轉矩力相比T或4很小，所以在一般的工程計算中可以略去%,即:T華馬二F- '2m"so-已知直流電動機的機械特性方程式為URpn=TQC©V式中K為電樞回路總電阻，包括用及電樞回路串聯(lián)電阻斗，匕為R理想空載轉速記為“。，記為胃,為機械特性的斜率。當U二U弟，二卅，電樞回路沒有用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V或中或電樞回路用電阻時，具機械特

11、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象限的直線。其中第I象限為電動機運行狀態(tài)，具特點是電磁轉矩的方向與旋轉方向（轉速火的方向）相同，第II、IV象限為制動運行狀態(tài)。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，那么用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用電阻起動為例說明起動過程。1、啟動過

12、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,電樞回路總電阻為Ral=ra+RK1+RK2。這是啟動電流為I1=R_Ura-Rk1Rk2與起動電流所對應的起動轉矩為如圖(b)中的曲線1所示。T1。對應于由電阻所確定的人為機械特性(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=Jd dt式中T電動機的電磁轉矩；TL由負載作用所產(chǎn)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

13、（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，切除一段起動電阻RK1ob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R后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+R2。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?shù)剡x擇所切除的電阻值R,使切除R后的電樞電流剛好等于Ii,所對應的轉矩為T2,即在曲線2上的c

14、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R2o同理，由d點過度到e點，而且e點正好在固有機械特性上。電樞電流又由I2突增到Ii,相應的電動機轉矩由T2突增到T10T1>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11（或相應的最大轉矩T2）及切換電流I2（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用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

15、，對a點，有I1=Ra1Ra1=UI1當從曲線1（對應于電樞電路總電阻Ra1=ra+R+R2）轉換得到曲線2（對應于總電阻Ra2=ra+R2）時，亦即從點轉換到點時，由于切除電阻RK1進行很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc,即電動勢Eb=Ec,這樣在點有I2=U-UbRaiIi=3Ra2兩式相除，考慮到Eb=Ec,彳#!I2Ra2同樣，當從d點轉換到e點時，得U=R2I2ra這樣，如圖4所示的二級起動時，得=亙=必I2Ra2ra推廣到m級起動的一般情況，得二='=莊=.=31曰=目I2Ra2raRama式中人為最大起動電流Il與切換電流I2之比，稱為起動電流比（或起動轉矩比），它

16、等于相鄰兩級電樞回路總電阻之比。由此可以推出巴=5ra式中m為起動級數(shù)。由上式得如給定兒，求m,可將式=Pm取對數(shù)得raRai）igI、raJm=：-lg:由式=上=R1=R-2=-=Ra（m-1）=Ram可得每級電樞回路總電阻進而求出I2Ra2raRamra各級啟動電阻為：R2=Ra2-Ra3R3=Ra3-Ra4R(m-1)=Ra(m-1)-RamRm=Ram-ra起動最大電流Ii及切換電流I2按生產(chǎn)機械的工藝要求確定，一般I1=(2.02.5)IaNI2=(1.11.2)IaNXVI5.1 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I2Ii=(22.5)In=(

17、22.5)X277a=(554692.5)A12=(1.11.2)In=(1.11.2)X277A=(304.7332.4)A選擇I1=554A,12=332.4A5.1.2 求生起切電流比Pi1:=1.667122 UnIn-Pn 10335.1.3 求生電動機的電樞電路電阻Ra(取Ra=0.075(C)5.1.4 求生啟動時電樞電路的總電阻RamRamUN=360/554=0.6501111lgRamRa5.1.5 求生啟動級數(shù)m,0.650lg10.0823),4lg1.667取m=4xvii5.1.6 重新計算P,校驗I2mRam=1.715RaI1I2=323.0上I2在規(guī)定范圍之內(nèi)

18、5.1.7 求由各級總電阻R4=1R3=1.715*0.178=0.649R3=-R2=1.715*0.151=0.37811R2=R=1.715*0.129=0.221-R1=:Ra=1.715*0.075=0.129R0=Ra=0.075115.1.8 求生各級啟動電阻Rst1=R1-R0=(0.129-0.075)11=0.05411Rst2=R2-R1=(0.221-0.129)11=0.106911Rst3=R3-R2=(0.378-0.221)=0.157'Rst4=R4-R3=(0.649-0.378)11=0.2711121結論根據(jù)以上的設計實踐，他勵直流電動機用電阻啟動計算方法可歸結如下：擇啟動電流和切換電流啟動電流為對應的啟動轉矩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； 求出啟動時的電樞總電阻；求出啟