他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)

.可修編-.z.課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)：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)的能耗制動(dòng)學(xué)期：2013-2014學(xué)年第2學(xué)期專(zhuān)業(yè)：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)二、設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)一臺(tái)額定參數(shù)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)展能耗制動(dòng)，設(shè)計(jì)求出適宜的制動(dòng)電阻R，并設(shè)計(jì)求出在制動(dòng)電阻R采用穩(wěn)定下放重物時(shí)的轉(zhuǎn)速n。一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)PN=22kW,U=220V，I=115A,n=1500r/min.I=230A,T0忽略不計(jì)?！?〕拖動(dòng)TL=120Nm的對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，采用能耗制動(dòng)迅速停機(jī)，電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R？〔2〕拖動(dòng)TL=120Nm的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，采用能耗制動(dòng)以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物，電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R？三、設(shè)計(jì)方案第一天，熟悉題目，查閱有關(guān)資料，并進(jìn)展初步的規(guī)劃。第二天，進(jìn)展設(shè)計(jì)，并記錄有關(guān)的數(shù)據(jù)和過(guò)程。第三天，繼續(xù)完善設(shè)計(jì)。第四天，完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。第五天，進(jìn)展辯論。課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)期第四學(xué)期專(zhuān)業(yè)電氣技術(shù)班級(jí)課題名稱(chēng)"電機(jī)與拖動(dòng)"課程設(shè)計(jì)論文題目他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)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綜合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書(shū)寫(xiě)規(guī)性10工作量10總成績(jī)100評(píng)語(yǔ)：任課教師王巍時(shí)間年月日備注目錄1.直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造和工作原理11．1直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造11．2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理32.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過(guò)程42.1直流電動(dòng)機(jī)之他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)42.1.1電流42.1.2轉(zhuǎn)速52.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過(guò)程5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過(guò)程之迅速停機(jī)6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過(guò)程之下放重物73、參數(shù)的設(shè)定與計(jì)算93.1中間參數(shù)的計(jì)算93.2迅速停機(jī)時(shí)的制動(dòng)電阻103.3下放重物時(shí)的制動(dòng)電阻103.4迅速停機(jī)過(guò)程參數(shù)與穩(wěn)定下放重物過(guò)程參數(shù)的比照114．結(jié)論12參考文獻(xiàn)13摘要直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)具有制動(dòng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確、能量消耗小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于電動(dòng)絞盤(pán)。電動(dòng)絞盤(pán)需要用電，依靠車(chē)輛自身的電力系統(tǒng)即電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)，而根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的平穩(wěn)性等優(yōu)點(diǎn)，所以研究直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)有很大的實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)過(guò)程，〔包括迅速停機(jī)過(guò)程和下放重物過(guò)程〕，采用圖解法和公式法兩種方法結(jié)合既直觀又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿枋鏊麆?lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)過(guò)程。其中包括對(duì)制動(dòng)電阻的選擇等，以便能耗制動(dòng)更順利的進(jìn)展，讓我們更加了解能耗制動(dòng)的全過(guò)程。關(guān)鍵詞：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；能耗；制動(dòng).可修編-.z.1.直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造和工作原理1．1直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造直流電動(dòng)機(jī)可分為兩局部：定子與轉(zhuǎn)子。其中定子包括：主磁極，換向磁極，機(jī)座，端蓋等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，風(fēng)扇等。如圖1.1所示：圖1.1定子直流電機(jī)的定子由以下幾局部組成：〔1〕主磁極即原理圖中的N和S級(jí)。它由勵(lì)磁繞組和主磁極鐵芯兩局部組成，如圖1.2〔左〕所示。主磁極鐵芯通常用1~1.5mm厚的鋼板疊壓而成?！?〕換向磁極簡(jiǎn)稱(chēng)換向極。他是位于主磁極之間的比擬小的磁極[圖1.2〔右〕]，也由鐵芯和繞組兩局部組成。鐵芯一般用整塊鋼和鋼板加工而成。換向極繞組和電樞繞組串聯(lián)。換向極的作用是用來(lái)改善換向?！?〕機(jī)座用鑄鋼或厚鋼板制成，外形如圖1.2(右)所示。主磁極與換向極都用螺栓固定在機(jī)座的壁上。機(jī)座是構(gòu)成直流電機(jī)磁路的一局部?！?〕端蓋等機(jī)座的兩邊各有一個(gè)端蓋。端蓋的中心處裝有軸承，用來(lái)支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸。電刷插在電刷架的刷握中，頂上有一個(gè)彈簧壓板，使電刷在換向器上保持一定的接觸壓力。電刷架固定在端蓋上。圖1.2轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子主體如圖1.3〔左〕所示，它包括以下幾局部：(1)電樞鐵心由圖1.3〔右〕所示的硅鋼片疊成，外表有許多均勻分布的槽。圖1.3(2)電樞繞組實(shí)際的電樞繞組并不像原理圖那樣只有一個(gè)線圈，而是由很多線圈按一定規(guī)則連接起來(lái)的。繞組嵌放在電樞鐵心槽。(3)換向器由很多換向片組成，外表呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。(4)風(fēng)扇等。圖1.4是直流電機(jī)組裝后的構(gòu)造圖。圖1.41．2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)機(jī)定子提供磁場(chǎng)，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過(guò)轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的安培力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生保持方向不變的轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械沿著與電磁轉(zhuǎn)矩一樣的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率。與此同時(shí)，電源卻向電機(jī)輸出電功率?？梢?jiàn)，直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過(guò)程2.1直流電動(dòng)機(jī)之他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路圖如圖2.1所示。勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。在勵(lì)磁電壓U的作用下，勵(lì)磁繞組過(guò)勵(lì)磁電流I,從而產(chǎn)生主磁通。在電樞電壓U作用下，電樞繞組過(guò)電樞電流I。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，從而拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械以*一轉(zhuǎn)速n運(yùn)轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E，電動(dòng)勢(shì)的方向與電樞電流的方向相反。圖2.12.1.1電流在勵(lì)磁電路中，勵(lì)磁電流I=式中，是勵(lì)磁繞組的電阻，一般來(lái)說(shuō)比擬大。在電樞回路中，根據(jù)基爾霍夫電壓定律U=E+RI由此求得電樞電流I=式中R為電樞電路的電阻，它的數(shù)值一般遠(yuǎn)小于勵(lì)磁繞組的電阻R。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式，電樞電流I還滿足下式I=2.1.2轉(zhuǎn)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以用下式表示由此可以得到他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性如圖2.1.2所示2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過(guò)程一般來(lái)說(shuō)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有3種：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。在此我們選擇的研究方向是能耗制動(dòng)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的特點(diǎn)是：將電樞與電源斷開(kāi)，串聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻R，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電樞回路的電阻上。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)場(chǎng)制動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)姆€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速到零〔迅速停機(jī)的情況〕或反向一個(gè)轉(zhuǎn)速值〔下放重物的情況〕的過(guò)程稱(chēng)為制動(dòng)過(guò)程。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)講，我們有時(shí)候希望它能迅速制動(dòng)，停頓下來(lái)，如在精細(xì)儀器的制動(dòng)過(guò)程中，液晶顯示屏幕的切割等等，但有的時(shí)候我們卻希望電機(jī)能夠慢慢地停下來(lái)，利用慣性來(lái)工作。于是，直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)又分為迅速停機(jī)和下放重物兩種方式。2.2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過(guò)程之迅速停機(jī)〔1〕狀態(tài)分析制動(dòng)前后的電路如圖2.2.1所示。電動(dòng)狀態(tài)如圖2.2.1〔a〕所示，n與T的關(guān)系制動(dòng)時(shí)，如圖2.2.1〔b〕所示，U=0，電樞回路中又增加制動(dòng)電阻n與T的關(guān)系〔a〕電動(dòng)狀態(tài)〔b〕制動(dòng)狀態(tài)〔2〕機(jī)械特性迅速停機(jī)的機(jī)械特性如圖2.2.2中的特性2所示，它是一條通過(guò)原點(diǎn)、位于2、4象限的直線。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動(dòng)瞬間，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到能耗制動(dòng)特性2上的b點(diǎn)。這時(shí)T反向，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，制動(dòng)過(guò)程開(kāi)場(chǎng)。在T和T的共同作用下，轉(zhuǎn)速n迅速下降，工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)移至O點(diǎn)。這時(shí)，n=0，T也自動(dòng)變?yōu)榱悖苿?dòng)過(guò)程完畢。能耗制動(dòng)過(guò)程的效果與制動(dòng)電阻R的大小有關(guān)。R小，則I大，T大，制動(dòng)過(guò)程短，停機(jī)快。但制動(dòng)過(guò)程的最大電樞電流，即工作于b點(diǎn)的電樞電流I不得超過(guò)I。由圖2.2.1(b)可知式中，E=E，是工作于b點(diǎn)和a點(diǎn)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)。由此求得2.2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過(guò)程之下放重物〔1〕狀態(tài)分析能耗制動(dòng)過(guò)程如圖2.2.3〔a〕所示，n與T的關(guān)系平衡時(shí)，即能耗制動(dòng)運(yùn)行如圖2.2.3〔b〕所示，n與T的關(guān)系〔a〕能耗制動(dòng)過(guò)程〔b〕能耗制動(dòng)運(yùn)行〔2〕機(jī)械特性下放重物的機(jī)械特性如圖2.2.4中的特性2所示，它也是一條通過(guò)原點(diǎn)、位于2、4象限的直線。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，制動(dòng)前，系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上，電動(dòng)機(jī)以一定的速度提升重物。在需要穩(wěn)定下放重物時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)。工作點(diǎn)由機(jī)械特性1上的a點(diǎn)平移到特性2上的b點(diǎn)，并迅速移動(dòng)到O點(diǎn)，這一階段，電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)過(guò)程中。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)時(shí)，T=0，但是T>0，在重物的重力作用下，系統(tǒng)反向起動(dòng)，工作點(diǎn)將由O點(diǎn)下移到c點(diǎn)，T=T，系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行，這時(shí)n反向，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定下放重物，即能耗制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。同樣，能耗制動(dòng)運(yùn)行的效果與制動(dòng)電阻的大小有關(guān)，小，特性2的斜率小，轉(zhuǎn)速低，下放重物慢(在滿足要求)。則在c點(diǎn)時(shí)：=下放重物時(shí)，和方向相反，與T方向一樣，故T=-.可見(jiàn)，假設(shè)要以轉(zhuǎn)速下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為的重物時(shí)，制動(dòng)電阻應(yīng)為:—忽略，則:=3、參數(shù)的設(shè)定與計(jì)算對(duì)一臺(tái)額定參數(shù)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)展能耗制動(dòng)，設(shè)計(jì)求出適宜的制動(dòng)電阻R，并設(shè)計(jì)求出在制動(dòng)電阻R采用穩(wěn)定下放重物時(shí)的轉(zhuǎn)速n。一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)PN=22kW,U=220V，I=115A,n=1500r/min.I=230A,T0忽略不計(jì)。〔1〕拖動(dòng)TL=120Nm的對(duì)抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，采用能耗制動(dòng)迅速停機(jī)，電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R？〔2〕拖動(dòng)TL=120Nm的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，采用能耗制動(dòng)以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物，電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R？3.1中間參數(shù)的計(jì)算忽略T,則=Ω=0.25Ω3.2迅速停機(jī)時(shí)的制動(dòng)電阻由此可知，該他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在采用能耗制動(dòng)的迅速停機(jī)時(shí)電樞電路應(yīng)串聯(lián)的制動(dòng)電阻至少為0.6。3.3下放重物時(shí)的制動(dòng)電阻由于1.0443>0.6,滿足要求，所以該他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用能耗制動(dòng)以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物時(shí)，在電樞電路中應(yīng)串聯(lián)1.0443的制動(dòng)電阻。3.4迅速停機(jī)過(guò)程參數(shù)與穩(wěn)定下放重物過(guò)程參數(shù)的比照表3-1迅速停機(jī)參數(shù)電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)迅速停機(jī)(kW)(V)(A)(r/min)(A)(N·m)(Ω)(V)(A)(V)(Ω)2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.37≥0.6表3-2穩(wěn)定下放重物參數(shù)電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)下放重物(kW)(V)(A)(r/min)(A)n(r/min)(N·m)(Ω)(V)(A)(Ω)22220115150023010001200.25191.30.12751.218298.511.04434．結(jié)論直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有多種，包括能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)?？紤]到能耗制動(dòng)被廣泛應(yīng)用到汽車(chē)的電動(dòng)絞盤(pán)，所以本課程設(shè)計(jì)的研究方向是能耗制動(dòng)，根據(jù)制動(dòng)要求和條件的不同能耗制動(dòng)又分為迅速停機(jī)和下放重物，并以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)展分析。首先，本設(shè)計(jì)先介紹了直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造組成和工作原理，文字說(shuō)明的同時(shí)也附加了圖像，使描述更具體容易理解。其次，是制動(dòng)的詳細(xì)過(guò)程，包括迅速停機(jī)和下放重物，迅速停機(jī)和下放重物又同時(shí)用狀態(tài)分析和機(jī)械特性?xún)煞N角度進(jìn)展描述和分析，并附有圖像說(shuō)明和公式分析。最后，參考相關(guān)資料本設(shè)計(jì)給出了一組合理的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)以上公式計(jì)算出兩種情況下的制動(dòng)時(shí)所需電阻R的大小要求，并以表格的形式給出比照。短短的一周課程設(shè)計(jì)，讓我收獲很多，通過(guò)查閱資料，仔細(xì)安排課程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，讓我對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造、工作原理有了更為清楚的認(rèn)識(shí)，同時(shí)通過(guò)對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的研究與學(xué)習(xí)，更加深刻的了解了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)及能耗制動(dòng)的工作過(guò)程。但是，在這幾天的課程設(shè)計(jì)中，遇到了不少困難，認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)面的狹窄，動(dòng)手動(dòng)腦能力的缺乏，做事的細(xì)心程度不夠等各種缺點(diǎn)，這些都需要以后在不斷地學(xué)習(xí)和實(shí)