他励直流电动机串电阻的设计概要Word文档格式.docx

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由此可见，N极下和S极下的线圈受到的电磁力的方向始终不变的，它们产生转矩的方向也就不变，这个转矩使电枢始终沿一个方向旋转，就把电能变成机械能，使之成为一台直流电动机而带动生产机械工作【3】。

1.2直流电动机的分类

直流电机的励磁电流都是由外电源供给的，立此方式不同会使直流电动机的运行性能产生很大差异。

按照励磁方式的不同，直流电动机可以分为：

他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机、复励直流电动机。

1.3他励直流电动机的工作原理

图1.2他励直流电动机接线图

上图1.2是他励直流电动机的电路接线图，其中M为电机，若为发电机，则用G表示。

Rf是励磁调节电阻，Ra是电枢电阻，Ia是电枢电流，E为电动机的电动势。

他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，永磁直流电机也可看作他励直流电机【4】。

2他励直流电动机

2.1他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢总电阻为恒指的条件下，电动机转速n与电磁转矩Te的关系曲线n=f（Te）或电动机转速n与电枢电流Ia的关系曲线n=f（Ia），后者也就是转速调整特性。

电枢回路的电压平衡方程式为：

（

）

式中，U为电源电压；

E为电动机的反电动势；

Ia为电枢电流；

R为电枢回路总电阻。

直流电动机电枢回路反电动势E为：

将（

）带入（

）中，可得转速表达式：

电动机的电磁转矩为：

式中，Km是与电机结构有关的常数，

利用电磁转矩Te表示的机械特性方程式为：

从（

）中可知：

n0称为理想空载转速，表示当Te=0时电动机的转速n=n0

电机转速降为：

的本质是，电动机有载运行时，电枢回路电阻上的损耗以速度这一参量表示出的结果。

机械特性曲线斜率为：

越大，

越大，机械特性就越软。

通常称

小的机械特性为硬特性，

大的机械特性为软特性【5】。

在分析机械特性是需要注意：

实际空载转速

和理想空载转速

的区别。

指Te=0时的转速，

是电动机空载时的转速，这是电动机必须克服空载转矩T0，因此电动机实际空载转速为：

电枢反应对机械特性的影响。

当电动机负载加大时，电磁转矩Te电枢电流Ia加大，电枢反应产生的去磁作用加大，使每极磁通Ф减小，转速n将回升，因此，机械特性在转矩加大时会出现上翘现象。

上翘的机械特性会使系统不稳定，因此往往在主磁极上加一个匝数很少的串励绕组，其磁动势可以抵消电枢反应的去磁作用，但又不改变他励直流电动机的机械特性。

2.2他励直流电动机的启动

直流电动机从接入电源开始，一直达到稳定的运行速度的整个过程称为直流电动机的启动过程或启动。

2.21对启动的要求

要使电动机的转速从零逐步加速到稳定的运行速度，在启动时，电动机要克服负载转矩才能完成启动过程，电动机必须要陈胜足够大的电磁转矩。

电动机在启动瞬间（n=0）的电磁转矩，称为启动转矩，即：

式中，

为启动电流，是n=0时的电视电流。

由于启动瞬间n=0，电枢电动势

，而电枢电阻又很小，所以启动电流

将很难达到很大的数值。

过大的启动电流，会引起电网电压的波动，影响其他用户的正常用电，并且会使电动机轴上受到很大的冲击。

这种不采取任何措施就直接把电动机加上额定电压的启动办法，称为直接启动，除个别容量很小的电动机可以直接采用外，一般直流电机不允许直接启动【6】。

对直流电动机的启动，一般提出以下基本要求：

要有足够大的启动转矩

；

启动电流

不能超过允许值；

启动设备要简单可靠。

最根本的原则是确保有足够大的启动转矩和限制电流。

直流电机蝉蛹的启动发发有电枢串电阻启动和减压启动两种，不论采用哪种启动方式，启东市都应该保证电动机的磁通量达到最大值，因为

，所以在相同的电流下，Ф大则Te也会增大【7】。

2.22电枢回路串电阻启动

启动特性

电枢回路串电阻可以有效的降低启动电流。

电机启动时，励磁电路的调节电阻

，使励磁电流

达到最大。

电动机上加额定电压

，启动电流

，

应使

不大于容许值。

由启动电流产生的启动转矩使电动机开始转动并逐渐加速，随着转速的升高，电枢反电动势E也逐渐增大，使电枢电流逐渐减小，这样，转速上升的加速度就逐渐降低下来了。

为了缩短启动时间，保证电动机在启动过程中的加速度不变，要求在启动过程中维持电枢电流不变，因此，随着电动机转速的增加，应该将启动电阻平滑的切除，最后调节电动机转速达到运行值【8】。

一般讲启动电阻

分若干段，逐段加以切除。

通常是利用接触器来切除启动电阻，由于每一段电阻的切除都需要一个接触器控制，因此启动技术不宜过多，一般分为2到5级。

图2.1a所示电动机就是采用三级启动。

启动开始瞬间，电枢回路串接全部启动电阻，这是电枢回路总电阻为

，达到最大值。

图2.1b中，

称为尖峰电流，一般电动机容量

<

150KW时，

≤2.5

>

≤2

。

接入全部启动电阻时的人为机械特性如图2.1b中的曲线1所示。

随着电动机开始加速，电枢电流和电磁转矩将逐步减小，将沿着曲线1的箭头指向变化。

当转速提高至

，电流降至

（图2.1b中的b点）时，接触器

触点闭合，将

从电枢回路切除，

称为切换电流，一般取

=（1.1-1.2）

此时电枢回路电阻将减小为

，与之对应的人为机械特性如图2.1b中曲线2所示。

在切除电阻的瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，仍为

，但电机的工作点将由b点水平越至曲线2上的c点，选择恰当的

值，可使c点的电流值恰好为尖峰电流

这样，电动机又进一步加速，电流和转速便沿着曲线2的箭头指向变化。

当变化到d点、电流又降到

时，接触器

的触点闭合，将

切除，电动机工作点由d点水平移到曲线3上的e点。

曲线3是电枢总电阻为

时的人为机械特性，e点电流仍为尖峰电流

，电流和转速就沿着曲线3变化，当变化到f点、电流又降到

的触点闭合，最后一级电阻

切除，电动机将过渡到固有机械特性曲线4上，并沿固有机械特性加速。

当达到w点时，电磁转矩额与负载转矩相等，电动机便在w点所对应的转速上稳定运行，启动过程结束【9】。

图2.1电枢串电阻启动电路和启动过程

（a）启动电路（b）启动过程

启动电阻的计算

电动机在启动过程中，当切除第一级电阻是，运行点将由b移至c，因为b、c两点转速相等，则

这样：

在b点有：

在c点有：

上两式相除得：

同样，当运行点由d点移至e点时，有：

而从f点移到g点时有：

这样，3级启动时就有：

设

，称为启动电流比（或启动转矩比），则各级启动总电阻为：

（

每极启动电阻为相邻两极的总启动电阻之差，即：

启动电流倍数

为：

推广到启动级数为m的一般情况，则：

在具体计算是，可能有下述两种情况：

1.启动级数m未知。

此时可按尖峰电流

、切换电流

的规定范围，初选

、

及

值，并用公式（

）求出m，式中RM=U/Ist1，若求得m为分数，则将其加大至相近的整数，然后将m的整数值带入（

）中，求新的

值，用新的

值带入（

）中求各部分启动电阻。

2.启动级数m已知。

先选定尖峰电流

，算出RM=U/Ist1，将m及

带入（

）中，算出

值，然后由式（

）求各级启动电阻【10】。

2.3直流电动机电枢串电阻启动设计方案

选取的他励直流电动机的铭牌数据为：

PN=29KW，UN=440V,IN=76A，nN=1000r/min,Ra=0.377Ω，飞轮转矩

选择启动电流Ist1和切换电流Ist2

Ist1=（1.5~2.0）IN=（1.5~2.0）×

76A=（144~152）A

Ist2=（1.1~1.2）IN=（1.1~1.2）×

76A=（83.6~91.2）A

选择Ist1=152A，Ist2=91.2A

求出起切电流比β

求出启动时点数电路的总电阻Rm

求出启动级数m

取m=4

重新计算β，校验Ist2。

I2在规定范围之内。

各级启动总电阻为：

各级启动电阻为：

各级启动时间常数Tm1、Tm2、Tm3、Tm4、Tm5分别为：

，则

各级启动时间如下

第一级启动时间为：

第二级启动时间为：

第三级启动时间为：

第四级启动时间为：

电阻全部切除后电动机达到稳定的时间为：

总启动时间为：

2.3.1分级起动主回路和控制回路以及相关电气元件

2.3.2启动特性曲线

3设计体会

刚刚拿到这个课题的时候，我们一头雾水毫无思路可言。

但是在我们去过图书馆翻阅相关资料后，我们的思路渐进明了。

首先，在分级启动中，只要知道最大启动电流和切换电流，我们即可以计算出分级启动电阻以及启动过程中的电阻切换时刻。

然后我们要注意的是，我们必须注意所串联电阻并不是越大越好，太大可能导致无法启动。

另外，要得到更大的启动转矩，必须增加启动级数，这样所需设备多，透投资大，维修不便。

接着，此设计忽略了电电感的影响，在电阻切除时刻，电流有个跃变，若是考虑电枢电感阻碍电流跃变的作用，实际的启动特性中电流由切换电流变化到最大会稍慢，对整个过程影响小【11】。

最后此次课程设计让我掌握了电机的基本结构、工作原理和性能参数，电力托动系统的一种运行方式、动静态分析，电机的选择和实验方法，以及直流电动机的调速控制系统的基本原理和典型应用的分析和设计，为进一步学习相关专业课及今后工作做必要的知识和技能准备，使我们能够从工程使用的角度提出问题、分析问题和解决问题，通过此次课程设计的学习，能胜任对电气传动系统的使用、维护和管理工作。

4参考文献

【1】丁学文.电力拖动运行控制系统[M].北京：

机械工业出版社，2007

【2】冯清秀、邓星钟著，机电传动控制，华中科技大学出版社，2014

【3】李发海，朱东起.电机学[M].北京：

科学出版社，2001

【4】许实章.电机学[M].北京：

机械工业出版社，1983

【5】杨耕，罗应立.电机与