直流電動機電樞串聯(lián)電阻調(diào)速過程設(shè)計

1、直流電動機電樞串聯(lián)電阻調(diào)速過程設(shè)計指導(dǎo)教師評定成績:審定成績：重慶郵電大學(xué)課程設(shè)計報告設(shè)計題目：直流電機的串電阻調(diào)速過程設(shè)計單位（二級學(xué)院）：重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院學(xué)生姓名：羅峰專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：07電氣（3）班學(xué)號:0511070322指導(dǎo)教師：程安宇設(shè)計時間：2010年3月重慶郵電大學(xué)制課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目直流電機的串電阻調(diào)速過程設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)和要求1 .熟練直流電機的機械特性和電氣特性；2 .根據(jù)圖片提示，綜合運用知識分析直流電機的運行過程;3 .計算每個階段變化過程中的阻值對系統(tǒng)的影響；4 .推導(dǎo)由每個速度變化過程中電阻值的公式；5.根據(jù)以下直流電動機特性Pn=85K

2、WUan=380VIan=176ANn=1450r/min欲用電樞串電阻啟動，啟動級數(shù)初步為3級1）選擇啟動電流I1,切換電流I2和切換電流I32）求生起切電流比3）求生啟動時電樞電路的總電阻Ram4）求生啟動級數(shù)m5）重新計算，校驗I2,I36）求生各級總電阻7）求生各級啟動電阻8）結(jié)論9）提交整個設(shè)計報告和測試報告、直流電動機的綜述4:、他勵直流電動機5三、設(shè)計內(nèi)容12四、結(jié)論14五、心得體會16六、參考文獻17一、綜述直流電動機因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵3類，其中自勵又分為弁勵、串勵和復(fù)勵3種。直流電動機-特點：（一）調(diào)速性能好

3、。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。（二）起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。直流電動機-工作原理：Q）#體亦處于楣下；W料小處于拿被卜如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷A流入，經(jīng)過線圈abcd,從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上

4、圖（b）所示的位置，電刷A和換向片2接觸，電刷B和換向片1接觸，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動方向是dcba,從電刷B流出。此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。實用中的直流電動機轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。二、他勵直流電動機他勵直流電動機由勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電。在勵磁電壓Uf的作用下，勵磁繞

5、組中通過勵磁電流If,從而產(chǎn)生主磁極磁通。在電樞電壓ua的作用下，電樞繞組中通過電樞電流Ia。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生機械以某一轉(zhuǎn)速n運轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時，切割磁感線產(chǎn)生電動勢E.電動勢的方向與電樞電流的方向相反。2.1 他勵直流電動機機械特性2.1.1 他勵直流電動機固有特性T。 Tn圖2-1他勵直流電動機固有特性2.1.2他勵直流電動機人為特性特性(Un<U1)2.2 他勵直流電動機的起動2.2.1 降低電樞電壓起動這種方法需要有一個可改變電壓的直流電源專供電樞電路之用例如利用直流發(fā)電機、晶閘管可控整流電源或直流斬波電源等。起動時，加上勵磁電壓u,保持勵磁電流If為額定值不變，電樞電壓

6、ua從零逐漸升高到額定值。這種起動方法的優(yōu)點是起動平穩(wěn)，起動過程中能量損耗小，易于實現(xiàn)自動化。缺點是初期投資大。2.2.2 增加電樞電阻起動在實際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級起動電阻，那么串電阻起動由于其起動設(shè)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(yīng)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。下面以直流他勵電動機電樞回路串聯(lián)電阻二級起動為例說明起動過程。(1)啟動過程分析如圖4(a)所示，當(dāng)電動機已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U。觸點KM1KM2t勻斷開，電樞串入了全部附加電阻R1+R2,電樞回路總電阻為Rl=a+Rl+Rk2。這是啟動電流為,U

7、UI1=RalraRK1RK2與起動電流所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為Tio對應(yīng)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。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=Jdt式中T電動機的電磁轉(zhuǎn)矩；Tl由負(fù)載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩；J電動機轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩后所產(chǎn)生的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。dt由于起動轉(zhuǎn)矩1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩電動機受到加速轉(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(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KM1閉合，切除一段起動電阻F

8、Ub點所對應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流，其對應(yīng)的電動機的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除密后，電樞回路總電阻為R2=ra+RU這時電動機又t應(yīng)于由電阻R2所確定的人為機械特性，見圖4(b)中曲線2。在切除起動電阻飛的瞬間，由于慣性電動機的轉(zhuǎn)速不變，仍為山，其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值%,使切除即后的電樞電流剛好等于Ii,所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2,即在曲線2上的c點。又有Ti>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心。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

9、增到I1,相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)矩由T2突增到Ti。Ti>Tl,沿固有特性加速到g點T=T,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Ii（或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2）及切換電流12（或與之相應(yīng)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(yīng)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1=Rai_Ua1I1即R當(dāng)從曲線1（對應(yīng)于電樞電路總電阻Ra1=ra+RK1+RK2）轉(zhuǎn)換得到曲線2（對應(yīng)于總電阻R2=ra+R2）時，亦即從點轉(zhuǎn)換到點時，由于切除電阻即進行

10、很快，如忽略電感的影響，可假定nb=n%即電動勢E=E,這樣在點有_UUbI2=Rai在c點_UUcI 1Ra2兩式相除，考慮到m=E,得I1Ra1I2Ra2同樣，當(dāng)從d點轉(zhuǎn)換到e點時，得Ra2I 2 ra這樣，如圖4所示的二級起動時，得URai_Ra2I2Ra2ra推廣到m級起動的一般情況，得RaiRa2Ra(m1)Ram式中 為最大起動電流Ii與切換電流I2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Ra2=mra式中m為起動級數(shù)。由上式得Rai如給定，求m,可將式Ra1_77 =m取對數(shù)得m=,Railg 一ralg由式 =J2電=曳I 2 Ra2

11、 raRa(mRam2 = Rm可得每級電樞回路總電阻 raai=Ri2=ra-D-m1La2=Ra3=Ia各級啟動電阻為a(m-1)一am-Rm=raRK1=Rl-Ra2RK2=R2-Ra3RK3=R3-Ra4K(m-1)=Ra(m-1)-RamKn=Rm-ra起動最大電流I1及切換電流I2按生產(chǎn)機械的工藝要求確定，一般Ii=(1.52.0)InI2=(1.11.2)In及電動機相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Ti=(1.52.0)InT2=(1.11.2)In(3)計算分級啟動電阻，有兩種情況：1、啟動級數(shù)m未定，初選Rm=ma-求取成整數(shù)m計算(一計算各級電阻或分?jǐn)嚯娮琛?、啟動級數(shù)m已定，選定Ii-R=Uf

12、計算值一計算各級電阻或分II級電阻、設(shè)計內(nèi)容1）選擇啟動電流Il和切換電流I2(745.5 994)A二(546.7 596.4)11=(1.52.0)IaN=(1.52.0)X497I2=(1.51.2)IaN=(1.11.2)X497選擇I1=840,12=560。2）求出起切電流比11=1.5I23）求出啟動時電樞電路的總電阻Rm.乎0.524（4）求出啟動級數(shù)mRamlgm=4.76lg取m=55）重新計算，校驗I2mRam=1.47:ra12="=571I2在規(guī)定范圍之內(nèi)。6)求出各級總電阻F5=5ra=1.4750.076=0.52R4=4ra=1.4740.076=0.

13、35R=3=1.4730.076=0.24R=2ra=1.4720.076=0.16R=ra=1.470.076=0.11R=R=0.0767)求出各級啟動電阻RSt1=R-R0=(0.11-0.076)=0.034RSt2=R2-R1=(0.16-0.11)=0.05Rt3=R-R2=(0.24-0.16)=0.08Rt4=R-R3=(0.35-0.24)=0.11RSt5=R-R4=(0.52-0.35)=0.27四、結(jié)論1) 額定功率較小的電動機可采用在電樞電路內(nèi)串起動變阻器的方法起動。起動前先把起動變阻器調(diào)到最大值，加上勵磁電壓U,保持勵磁電流為額定值不變。在接通電樞電源，電動機開始起

14、動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除。額定功率比較大的電動機一般采用分級方法以保證起動過程中既有比較大的起動轉(zhuǎn)矩，又使起動電流不會超過允許值。2) 他勵直流電動機串電阻啟動計算方法選擇啟動電流Il和切換電流I2啟動電流為I1=(1.52.0)In對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩Ti=(1.52.0)In切換電流為I2=(1.11.2)IN對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩T2=(1.11.2)1求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比_11I2求出電動機的電樞電路電阻raPnUaNrIaNIa-IaN求出啟動時的電樞總電阻RnUaNRam11求出啟動級數(shù)m,Ramig-ram=ig重新計算，校驗I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)若m是取相近

15、整數(shù)，則需重新計算12=m反再根據(jù)得出的重新求出I2,并校驗I2是否在規(guī):ra定范圍內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大啟動級數(shù)m重新計算和12,直到符合要求為止。求出各級總電阻RaiRa2mraRa2Ra3m%Ramra求出各級啟動電阻五、心得體會說實話，課程設(shè)計真的有點累.然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計成果，回味這1周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消.雖然這是我剛學(xué)會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己的很多不足。通過課程設(shè)計，使我深刻的感受到，干任何事都必須耐心細(xì)致，課程設(shè)計過程中，有些計算就是因為自己的不細(xì)致算錯了好幾次只得重算，我終于感受到了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對待的良好習(xí)慣.這次課程設(shè)計使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練.短短一周的課程設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會用.在做課程設(shè)計過程中我要感謝程安宇老師，由于我們學(xué)的電機與拖動知識并不多，有很多地方我們都不懂，程老師