电机及拖动基础课程设计.docx
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电机及拖动基础课程设计
成绩
重庆邮电大学移通学院
电机及拖动基础课程设计报告
姓名
专业电气工程及其自动化
学号
指导教师
时间2011/12/16
目录
序言2
设计题目：
直流电机的降电压调速起动3
设计要求3
直流电机的降电压调速起动4
一、设计的目的和意义4
二、总体设计方案4
1、直流电机的降电压起动4
2、直流电机的降电压调速6
三、设计心得9
四、参考文献10
结束语11
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序言
人们定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
直流电机是利用电磁感应原理实现直流电能和机械能相互转换的电磁装置，将直流电能转换成机械能的电机称为直流电动机，反之则称为直流发电机。
直流电动机具有调速范围广且平滑，起、制动转矩大，过载能力强，易于控制的优点，常用于对调速有较高要求的场合。
而如今随着工业的不断发展，电动机的需求会越来越大，电动机的应用越来越广泛，电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。
而电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以直流电机的降电压调速起动为内容进行分析和论述。
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设计题目：
直流电机的降电压调速起动
设计要求
对某款直流电机进行分级降压调速，实现转速从0到额定转速的调试过程，并给出降压调速起动的具体理论计算过程。
分为4级起动，计算每级起动的电阻，各个分阶段的电流大小，绘制电机起动过渡过程的T=f（n）图。
（电机参数：
型号Z-290，额定功率PN=29kw，额定电压UN=440V，额定电流IN=76A，额定转速n=1000r/min，电枢绕组电阻Ra=0.377欧）
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直流电机的降电压调速起动
一、设计的目的和意义
通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解异步电动机的调速方法。
这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。
二、总体设计方案
1、直流电机的降电压起动
减压起动时，开始加在电动机电枢的端电压很低，随着转速的上升，逐步增大电枢电压，并使电枢电流限制在一定的范围内。
为使励磁不受电枢电压的影响，电动机应采用他励方式。
1.1、他励直流电动机的起动
所谓起动就是指电动机接通电源后，由静止状态加速到某一稳态转速的过程。
他励直流电动机起动时，必须先加额定励磁电流建立磁场，然后再加电枢电压。
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他励直流电动机当忽略电枢电感时，电枢电流Ia为
由于电枢绕组电阻Ra很小，因此起动电流Ist>>IN（约为10～20倍的IN），这么大的起动电流使电机换向困难，在换向片表面产生强烈的火花，甚至形成环火；另外，由于大电流产生的转矩过大，将损坏拖动系统的传动机构，这都是不允许的。
因此一般直流电机都不允许直接起动。
这样，就需要增加起动设备和采取措施来控制电机的起动过程。
一般直流电动机拖动负载顺利起动的条件是：
1）起动电流限制在一定范围内，即Ist≤IN，为电机的过载倍数；
2）足够大的起动转矩，Tst≥（1.1～1.2）TN；
3）起动设备简单、可靠。
如何限制起动时的电枢电流呢？
由Ist=UN/Ra可知，限制起动电流的措施有两个：
一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。
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1.2、降压起动
当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。
起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流便随电压的降低而正比减小。
随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，从而保证电动机按需要的加速度升速。
当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。
在起动瞬间，电动机的转速n=0，反电动势Ea=0，降低电源电压U，将起动电流限制在允许的范围内。
降压起动虽然需要专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程中能量损耗小，因而得到了广泛的应用。
2、直流电机的降电压调速
为了提高生产率和满足生产工艺的要求，生产机械往往需要在不
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同速度下运行。
例如，车床切削工件时，精加工用高速，粗加工用低速；轧钢机在轧制不同钢种和不同规格的钢材时，须用不同的轧制速度。
这些事例说明，生产机械的工作速度需要根据工艺要求而可以调节。
故所谓调速，就是根据生产机械工艺要求人为地改变速度。
但必须注意：
这和由于负载变化，引起的速度变化是截然不同的概念。
电动机的工作电压不允许超过额定电压，因此电枢电压只能在额定电压以下进行调节。
降低电源电压调速的原理及调速过程可用图1—41说明。
图1—41 降低电压调速
设电动机拖动恒转矩负载TL在固有特性上A点运行，其转速为nN。
若电源电压由UN下降至U1，则达到新的稳态后，工作点将移到对应人为特性曲线上的B点，其转速下降为n1。
从图中可以看出，电压越低，稳态转速也越低。
转速由nN下降至n1的调速过程如下：
电动机原来在A点稳定运行时，Tem=TL，n=nN。
当电压降至U1后，电动机的机械特性变为直线
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n01B。
在降压瞬间，转速n不突变，Ea不突变，所以Ia和Tem突变减小，工作点平移到A/点。
在A/点，TemTem=TL，此时电动机便在较低转速n1下稳定运行。
降压调速过程与电枢串电阻调速过程类似，调速过程中转速和电枢电流（或转矩）随时间的变化曲线也与图1—40类似。
2.1、降压调速的优点是：
（1）电源电压能够平衡调节，可以实现无级调速；
（2）调速前后机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好；
（3）无论轻载还是重载，调速范围相同，一般可达D=2.5~12；
（4）电能损耗较小。
2.2、降压调速的缺点
降压调速的缺点是，需要一套电压可连续调节的直流电源。
早期常采用发电机-电动机系统，简称G—M系统，如图1—42所示。
图中交流电动机作为直流发电机G2及直流励磁机G1的驱动电机。
调节G2的励磁电流IfG,可以改变G2发出的电压，从而实现对直流电动机M的调压调速。
通过图中的双向开关可以改变IfG的方向，从而改
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G2输出电压的极性，以实现对直流电动机的正反转控制。
此外，调节直流电动机励磁回路的电阻，可以实现对直流电动机的调磁调速。
这种系统的性能较为优越，但设备多、投资大。
目前，这种系统已被晶闸管—电动机系统（简称SCR—M系统）取代，SCR—M系统如图1—43所示。
调压调速多用在对调速性能要求较高的生产机械上，如机床、造纸机等。
图1—42 G—M系统示意图 图1—43 SCR—M系统示意图
以上就是我对电机及拖动基础的直流电机的降电压调速起动的课程设计，由于我的知识有限，以上只是比较浅显的认识和分析，希望老师能多多指教，谢谢！
三、设计心得
通过这段时间的课程设计，从无知到认知，到深入了解，渐渐了我喜欢上了这个全新的专业，让我深刻的体会到学习过程是最美的。
在整个课程设计过程中，我每天都有很多新的体会。
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经过一周的奋战，课程设计完成了，在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这个学科所学知识的总结，但通过这次课程设计发现自己的看法片面。
课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的提高。
通过课程设计，让我更加明白学习是一个长期的积累过程，经后的工作、生活中应该不段的学习，努力提高知识和综合能力。
设计过程中，我查阅了大量的有关资料，并与同学交流，学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获还是很多的。
在设计中培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。
让我充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦。
我的独立思考能力得到了相应的提高，在设计过程中，我不仅学到了知识，也让我感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。
真正接触了实践，使我消除了从学校走向社会的恐惧心理，使我对未来充满了信心，以良好的心态去面对社会。
同时我也体验到了工作的艰辛，促使自己努力学习更多的知识，为自己今后的工作奠定良好的基础。
四、参考文献
《电机及拖动基础》，机械工业出版社，汤天浩主编
《电机学》，重庆大学出版社，谢明洙、张广溢主编
《电机学》，机械工业出版社，冯欣南主编
《电机学》，水利电力出版社，杨传箭主编
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结束语
本设计在程老师的悉心指导和严格要求下已完成直流电动机降压调速启动的应用,从课题选择、方案论证到具体设计和调试，虽然设计并不是很权威，存在着诸多不足，希望可以给从事此工作与学习的人们一点借鉴，希望后续人员可以使此项目更加完善。
由于设计时间仓促，作者的水品有限，该设计分析还有一些不足之处，具体体现在以下几点：
（1）电动机转速故障应如何处理，没有涉及到，需要完善；
（2）换火花故障，电机过热故障没有进行分析等。
对此我将在以后工作和实践中，不断完善该系统，以便能更好地应用到教学考试工作中，提高考试电动机效率，更好地为人们工作带来方便。
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