直流電機串電阻啟動課程設(shè)計

1、課程設(shè)計報告 設(shè)計題目：直流電機的串電阻啟動過程設(shè)計學(xué) 校： 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計時間： 年 月 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院目 錄一、直流電動機的綜述41.1直流電動機的基本工作原理41.2直流電動機的分類51.3直流電動機的特點5二、他勵直流電動機52.1他勵直流電動機的機械特性52.2固有機械特性與人為機械特性6三、他勵直流電動機的起動7 3.1直流電動機的啟動過程分析8 3.2他勵直流電動機起動電阻的計算9四、設(shè)計內(nèi)容10五、結(jié)論11六、心得體會12七、參考文獻12一、直流電動機的綜述1.1直流電動機的基本工作原理圖1 是一臺最簡單的直流電動機

2、的模型，N和S是一對固定的磁極(一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵)。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定一個用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個弧形銅片上，弧形銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向器。在換向器上放置固定不動而與換向片滑動接觸的電刷A和B，線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向器構(gòu)成的整體稱為電樞。如果將電源正負極分別接電刷A和B,則線圈abcd中流過電流。在導(dǎo)體ab中，電流由a流向b，在導(dǎo)體cd中，電流由c流向d，如圖（a）所示。載流導(dǎo)體ab和cd均處于N和S極之間的磁場當(dāng)中，受到的電磁力的作用。用

3、左手定則可知，載流導(dǎo)體ab受到的電磁力F的方向是向左的，力圖使電樞逆時針方向運動，載流導(dǎo)體cd受到的電磁力F的方向是向右的, 也是力圖使電樞逆時針方向運動，這一對電磁力形成一個轉(zhuǎn)矩, 即電磁轉(zhuǎn)矩T，其方向為逆時針方向，使整個電樞沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180, 導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，ab轉(zhuǎn)到S極上，如圖（b）所示。由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c，而ab中的電流由b流向a，再從電刷B流出。用左手定則判別可知，導(dǎo)體cd受到的電磁力的方向是向左的，ab受到的電磁力的方向是向右的，因而電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方向,使電樞沿逆時針方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)電樞在轉(zhuǎn)過180，就又回到圖（a）

4、所示的情況。這就是直流電動機的基本工作原理。1.2直流電動機的分類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。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電動機可分為他勵直流電動機、并勵直流電動機、串勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機四類。1.3直流電動機的特點(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，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。可以均勻而經(jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負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。二、他勵直流

5、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他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性定義為：直流電動機的電樞電壓U為常數(shù)，勵磁電流If為常數(shù)，電樞回路電阻Ra+R為常數(shù)時，電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系，即n=f(T)。他勵直流電動機電路原理圖如圖2所示。圖 2. 他勵直流電動機電路原理圖 圖 3.

6、他勵直流電動機的機械特性機械特性方程式： 電樞感應(yīng)電動勢 電磁轉(zhuǎn)矩 電樞電路電壓平衡方程： 電動機轉(zhuǎn)速特性方程：由電磁轉(zhuǎn)矩方程可得到，代入轉(zhuǎn)速特性方程式中，就得到電動機機械特性方程式：式中：。 若U，R均為常數(shù)，機械特性是一條向下傾斜的直線，如圖3所示。 (1)或 由式（1）可知，越大，越大，機械特性曲線越斜，稱之為軟特性；反之將小、小的特性稱硬特性。2.2固有機械特性與人為機械特性當(dāng)電樞上加額定電壓、氣隙每極磁通為額定磁通、電樞回路不串任何電阻時的機械特性稱為他勵直流電動機的固有機械特性。人為地改變電動機的參數(shù)，如改變電壓U、改變磁電流If（即改變磁通）、電樞回路串電阻所得到的機械特性稱為人

7、為機械特性。電樞回路串電阻使斜率增大，特性曲線變軟，但理想空載轉(zhuǎn)速不變，所以人為機械特性為一簇經(jīng)過理想空載轉(zhuǎn)速點的放射性直線，如圖變電壓時的人為特性是一組平行直線,如上中圖;弱磁時的人為特性如上右圖。圖4 電樞串電阻時的人為特性 圖5 變電壓時的人為特性圖6 弱磁時的人為特性三、他勵直流電動機的起動（一）降低電樞電壓起動起動時，加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變，電樞電壓從零逐漸升高到額定值。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。（二）增加電樞電阻起動1無級起動額定功率較小的電動機可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動變阻器的無級起動方法起動。起動前先把起動變阻器調(diào)到

8、最大值，加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變。再接通電樞電源，電動機開始起動。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。2有級起動額定功率較大的電動機一般采用有級起動的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。起動前串聯(lián)起動電阻，加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變，然后加上電樞電壓，電動機開始起動。之后當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩等于切換轉(zhuǎn)矩時，依次切除起動電阻，直到電樞電路的總電阻變?yōu)殡姌须娐纷陨淼碾娮?，整個啟動過程結(jié)束。其中，要注意的就是起動轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的起動電流不會超過所允許的最大電樞電流，所以，對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為。并且為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，減少起動時間，一般選擇

9、切換轉(zhuǎn)矩為，對應(yīng)的起動電流為。圖4-1圖4-23.1直流電動機的起動過程分析起動開始瞬間，電樞電路中接入全部起動電阻，起動電流達到最大值，即隨著電動機轉(zhuǎn)速的不斷增加，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩將逐漸減小，電動機沿著曲線1的箭頭所指的方向變化。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至，電流降至（圖中b點）時，接觸器KM1觸頭閉合，將電阻短接，由于機械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電動機將瞬間過渡到特性曲線2上的c點（c點的位置可由所串電阻的大小控制），電動機又沿曲線2的箭頭繼續(xù)加速。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至電流又降至（圖中d點）時，接觸器KM2觸頭閉合，將電阻短接，由于機械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電動機將瞬間過渡到特性曲線3上的e點，電動機又沿曲線3的箭頭繼續(xù)

10、加速。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至電流又降至（圖中f點）時，接觸器KM3觸頭閉合，將電阻短接，由于機械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電動機將瞬間過渡到固有特性曲線4上的g點，電動機又沿曲線4的箭頭繼續(xù)加速，最后穩(wěn)定運行在固有特性曲線上的h點，起動過程結(jié)束。3.2他勵直流電機起動電阻的計算（一）選擇啟動電流I1和切換電流I2為保證與啟動轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的啟動電流不會超過所允許的最大電樞電流，選擇，對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩。為保證有一定的加速轉(zhuǎn)矩，減少啟動時間，一般選擇切換轉(zhuǎn)矩為對應(yīng)的切換電流I2為。（二）求出起切電流比（三）求出電動機的電樞電路電阻可以根據(jù)實測或者銘牌上提供的額定值進行估算，由于在忽略T0的情況下，因此，在額定狀態(tài)下進行時，

11、。（四）求出啟動時電樞啟動總電阻m級啟動時電樞啟動總電阻為。（五）求出啟動級數(shù)mm的計算公式為（六）重新計算，校驗是否在規(guī)定范圍之內(nèi)。若m是取相近整數(shù)，則需重新計算。根據(jù)式重新計算，并根據(jù)重新計算，并校驗是否在所規(guī)定的范圍之內(nèi)。若不在規(guī)定范圍之內(nèi)，需加大啟動級數(shù)m，重新計算和，直到滿足要求為止。（七）求出各級總電阻 （八）求出各級啟動電阻（九）若啟動級數(shù)已定,計算步驟如下：選擇電流，計算出，根據(jù)求出的效驗其是否在規(guī)定范圍內(nèi)，否則加大啟動級數(shù)m重新計算，最后求出各級總電阻和啟動電阻。四、設(shè)計內(nèi)容直流電動機的額定數(shù)據(jù)如下：1）選擇啟動電流I1和切換電流I2I1=(1.52.0)IaN=(1.52.

12、0)116.3=(174.45232.6)AI2=(1.1 1.2)IaN=(1.11.2) 116.3=(127.93139.56)選擇I1=210，I2=131.25。2）求出起切電流比=1.63）求出電樞回路電阻RaRa=(1/22/3)UNIN-PN/I2NRa=0.1330.177取Ra=0.1734）求出啟動時電樞電路的總電阻RamRam=1.0485）求出啟動級數(shù)mm=3.83取m=46）重新計算，校驗I2=1.57I2=133.75I2在規(guī)定范圍之內(nèi)。7）求出各級總電阻R4=4Ra=1.5740.173=1.05R3=3Ra =1.5730.173=0.669R2=2Ra=1.

13、5720.173=0.426R1=Ra=1.570.173=0.272R0=Ra=0.1738）求出各級啟動電阻Rst1=R1-R0=(0.272-0.173)=0.099Rst2=R2-R1=(0.426-0.272)=0.154Rst3=R3-R2=(0.669-0.426)=0.243Rst4=R4-R3=(1.05-0.669)=0.381五、結(jié)論電樞回路串電阻啟動設(shè)備簡單，操作方便，同樣可以把啟動電流限制在所允許的范圍內(nèi)，但在啟動過程中要將電阻分段切除。一般對于額定功率較小的電動機可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)啟動變阻器的方法啟動。額定功率較大的電動機一般采用分級啟動的方法以保證啟動過程中既有比較大的啟動轉(zhuǎn)矩，又使啟動電流不會超過允許值。六、心得及體會經(jīng)過一周的努力，課程設(shè)計完成了。通過課程設(shè)計，讓我明白學(xué)習(xí)是一個長期的積累過程，經(jīng)后的工作、生活中應(yīng)該不段的學(xué)習(xí)，努力提高知識和綜合能力。設(shè)計過程中，我查