他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì)

1、-課程設(shè)計(jì)名稱：電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)題目：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：12-2班姓名：閆偉*：1205040222工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表學(xué)期20212021學(xué)年第二學(xué)期專業(yè)班級(jí)課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)論文題目評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20容難易性15結(jié)合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書寫規(guī)性10工作量10總成績100評(píng)語：任課教師時(shí)間2021年7月5日備注課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，參數(shù)如下Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ； nN=1500r/min；Ra=0.0

2、76；WW采用分級(jí)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流最大不超過2IaN,，求各段電阻值，并且求出切除電阻時(shí)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)勢(shì)，并作出機(jī)械特性曲線，對(duì)啟動(dòng)特性進(jìn)展分析。三、設(shè)計(jì)方案第1天查閱資料，熟悉所選題目；第2天根據(jù)根本原理進(jìn)展方案分析；第3天整理思路，按步驟進(jìn)展設(shè)計(jì)；第4天整理設(shè)計(jì)說明書；第5天準(zhǔn)備辯論；四、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)工作量為按要求完成設(shè)計(jì)說明書一份。2、設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度方案按期完成。3、設(shè)計(jì)說明書必須經(jīng)指導(dǎo)教師審查簽字方可辯論。指導(dǎo)教師：王繼強(qiáng)春喜教研室主任：洪珠時(shí)間：2021年7月5日摘要他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)由于電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea=Cen=0，最初啟動(dòng)電流Is=U/Ra，假設(shè)直接啟動(dòng)，由于Ra很小，

3、Ist會(huì)十幾倍甚至幾十倍于額定電流，無法換向，同時(shí)也會(huì)過熱，因此不能直接啟動(dòng)。要限制啟動(dòng)電流Ist的大小可以有兩種方法:降低電樞電壓和電樞回路串接附加電阻。本文僅以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的串電阻啟動(dòng)為主題進(jìn)展詳細(xì)的闡述。在實(shí)際中，如果能夠做到適中選用各級(jí)啟動(dòng)電阻，則串電阻啟動(dòng)由于其啟動(dòng)設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時(shí)可以做到平滑啟動(dòng)，因而得到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于不同類型和規(guī)格的直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)啟動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)要求也不盡一樣。關(guān)鍵詞：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；啟動(dòng)電流；串電阻啟動(dòng)目錄第一章直流電動(dòng)機(jī)···········

4、;·····································11.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理··········&#

5、183;····························11.2 直流電動(dòng)機(jī)的分類···················&

6、#183;·······················11.3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理·······················&#

7、183;···········2第二章他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)····································

8、··32.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)···································32.1.1 啟動(dòng)過程分析········

9、···································32.1.2 起動(dòng)電阻的計(jì)算············

10、3;····························42.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)方案··················&

11、#183;········52.2.1 選擇啟動(dòng)電流和切換電流······························52.2.2 啟動(dòng)、切換電流比·····

12、3;································52.2.3 啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻Ram··············&

13、#183;···············62.2.4 啟動(dòng)級(jí)數(shù)m································&

14、#183;·············62.2.5 重新計(jì)算，校驗(yàn)I2·································

15、83;····62.2.6 各級(jí)總電阻的計(jì)算·······································62.2.7 各級(jí)啟動(dòng)電阻的計(jì)算·&#

16、183;···································62.3 多級(jí)啟動(dòng)的規(guī)律············&#

17、183;································72.3.1 不同加速級(jí)的機(jī)電常數(shù)··············

18、83;····················72.3.2 不同加速級(jí)的起始轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定轉(zhuǎn)速·························72.3.

19、3 啟動(dòng)級(jí)數(shù)的選取·········································7第三章結(jié)論······

20、83;···············································8第四章心得體會(huì)·&

21、#183;················································9參考文獻(xiàn)&#

22、183;·················································&#

23、183;·····10. z-第一章直流電動(dòng)機(jī)1.1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：上圖所示為最簡單的直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。直流電動(dòng)機(jī)換向器是由二片互相絕緣的半圓銅環(huán)換向片構(gòu)成的，每一換向片都與相應(yīng)的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)，并與電刷A、B相接觸。假設(shè)電刷A是正電位，B是負(fù)電位，則在N極圍的轉(zhuǎn)子繞組ab中的電流從a流向b，在S極圍的轉(zhuǎn)子繞組cd中的電流從c流向d。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動(dòng)機(jī)左手定則判斷，如圖中ab邊受力方向是向左，而cd則

24、向右。由于磁場是對(duì)稱的，導(dǎo)體中流過的又是一樣的電流，所以ab邊和cd邊所受的電磁力的大小相等。這樣轉(zhuǎn)子線圈上受到的電磁力 f的作用而按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時(shí)，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(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)過半圈之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab轉(zhuǎn)到S極圍，cd轉(zhuǎn)到N極圍，但是由于電刷和換向片的作用，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子線圈仍按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)?？芍?，分別在N，S極圍的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的。由此，線圈二邊受力方向也不變。這樣，線圈就可

25、以按照受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。1.2直流電動(dòng)機(jī)的分類根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分；他勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī)、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。1.3他勵(lì)直流電機(jī)工作原理他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，接線如圖1.3所示。圖中M表示電動(dòng)機(jī)，假設(shè)為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。圖1.3他勵(lì)直流電機(jī)工作原理圖第二章他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)2.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)在實(shí)際中，如果能夠做到適中選用各級(jí)起動(dòng)電阻，則串電阻起動(dòng)由于其起動(dòng)設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時(shí)可以做到平滑快速起動(dòng)，因而得【5】到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于不同

26、類型和規(guī)格的直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)起動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)要求也不盡一樣。下面僅以直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)為例說明起動(dòng)過程。2.1.1 啟動(dòng)過程分析如圖2.1a)所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)已有磁場時(shí)，給電樞電路加電源電壓U。觸點(diǎn)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(dòng)電流為I1=U/Ral=U/(ra+RK1+RK2) 與起動(dòng)電流所對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T1。對(duì)應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖2.1(b)中的曲線1所示。(a) 電路圖 (b) 特性圖圖2.1直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)分二級(jí)起動(dòng)的電路和特性根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的根本運(yùn)動(dòng)方程式T-TL=J式中 T

27、電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動(dòng)機(jī)開場起動(dòng)。在圖2.1(b)上，由a點(diǎn)沿曲線1上升，反電動(dòng)勢(shì)亦隨之上升，電樞電流下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點(diǎn)時(shí)，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點(diǎn)KM1閉合，切除一段起動(dòng)電阻RK1。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流，其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除R1后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+R2。這時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于由電阻Ra2所確定的人為機(jī)械特性，見圖2.1(b)中曲線2。在切除起動(dòng)電阻RK1的瞬間，由于慣性電動(dòng)機(jī)

28、的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動(dòng)勢(shì)亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值R1，使切除R1后的電樞電流剛好等于I1，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2，即在曲線2上的c點(diǎn)。又有T1>T2，電動(dòng)機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點(diǎn)沿曲線2上升到d點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)KM2閉合，又切除一切起動(dòng)電阻R1。同理，由d點(diǎn)過度到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固有機(jī)械特性上。電樞電流又由I2突增到I1，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1> TL，沿固有特性加速到g點(diǎn)T=TL，n=ng電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過程完畢。在分級(jí)起動(dòng)過程中，各級(jí)的最大電流I2(或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2)及切換電流I2(或與之相應(yīng)的切

29、換轉(zhuǎn)矩T2)都是不變的，這樣，使得起動(dòng)過程有較均勻的加速。要滿足以上電樞回路串接電阻分級(jí)起動(dòng)的要求，前提是選擇適宜的各級(jí)起動(dòng)電阻。下面討論應(yīng)該如何計(jì)算起動(dòng)電阻。2.1.2 起動(dòng)電阻的計(jì)算在圖2.1(b)中，對(duì)a點(diǎn)，有I1=U/Ra1即 Ra1=U/I1當(dāng)從曲線1(對(duì)應(yīng)于電樞電路總電阻Ra1=ra+R1+R2)轉(zhuǎn)換得到曲線2(對(duì)應(yīng)于總電阻Ra2=ra+R2)時(shí)，亦即從點(diǎn)轉(zhuǎn)換到點(diǎn)時(shí)，由于切除電阻RK1進(jìn)展很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc，即電動(dòng)勢(shì)Eb=Ec，這樣在點(diǎn)有I2=(U-Ub)/Ra1在c點(diǎn)I1=(U-Uc)/Ra2兩式相除，考慮到Eb=Ec，得I1/I2=Ra1/Ra2同樣，當(dāng)從

30、d點(diǎn)轉(zhuǎn)換到e點(diǎn)時(shí)，得I1/I2=Ra2/ra這樣，如圖2.1所示的二級(jí)起動(dòng)時(shí)，得I1/I2=Ra1/Ra2=Ra2/ra推廣到m級(jí)起動(dòng)的一般情況,得=I1/I2=Ra1/Ra2=Ra2/ra=Ra2/ra=Ra(m-1)/Ram=Ram/ra式中為最大起動(dòng)電流I1與切換電流I2之比，稱為起動(dòng)電流比(或起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比)，它等于相鄰兩級(jí)電樞回路總電阻之比。由此可以推出=式中m為起動(dòng)級(jí)數(shù)。由上式得=如給定,求m,可將式=取對(duì)數(shù)得m=由式=可得每級(jí)電樞回路總電阻進(jìn)而求出各級(jí)啟動(dòng)電阻為：R1=Ra1-Ra2R2=Ra2-Ra3R3=Ra3-Ra4R(m-1)= Ra(m-1)- RamRm= Ram-ra起

31、動(dòng)最大電流I1及切換電流I2按生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求確定，一般I1=(1.52.0) IaNI2=(1.11.2) IaN2.2 直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)方案2.2.1 選擇啟動(dòng)電流和切換電流I1=(1.52.0)=(1.52.0)×497=(745.5994)AI2=(1.11.2)=(1.11.2)×497=(546.7596.4)選擇I1=840，I2=560。2.2.2 啟動(dòng)、切換電流比=1.52.2.3 啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻RamRam=0.5242.2.4 啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm=4.76 取m=52.2.5 重新計(jì)算，校驗(yàn)I2=1.47I2=571I2在規(guī)定圍之。2.

32、2.6 各級(jí)總電阻的計(jì)算R5=ra=1.4750.076=0.52R4=ra =1.4740.076=0.35R3=ra=1.4730.076=0.24R2=ra=1.4720.076=0.16R1=ra=1.470.076=0.11R0=Ra=0.0762.2.7 各級(jí)啟動(dòng)電阻的計(jì)算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)=0.272.3 多級(jí)啟動(dòng)的規(guī)律2.3.1 不同加速級(jí)的機(jī)電常數(shù)不同加速級(jí)的機(jī)電常數(shù)是不同的，電樞電路的電阻越大，則TM越大。2.3.2 不同加速級(jí)的起始轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定轉(zhuǎn)速不同加速級(jí)的起始轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是不同的，這是由于不同的機(jī)械特性與恒切換轉(zhuǎn)矩T2或切換電流I2特性及恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL或負(fù)載電流IL特性的交點(diǎn)是不同的。2.3.3 啟動(dòng)級(jí)數(shù)的選取啟動(dòng)級(jí)數(shù)的選取：取決于負(fù)載的大小與對(duì)啟動(dòng)平滑性的要求。級(jí)數(shù)越多啟動(dòng)平滑性越好，但是啟動(dòng)設(shè)備與控制裝置龐雜，投資大。一般取m=24級(jí)，空載或輕載取m=12，重載或滿載取m=34。第三章結(jié)論根據(jù)以上的設(shè)計(jì)實(shí)踐，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)計(jì)算方法可歸結(jié)如下：(