直流电机串电阻起动.docx
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直流电机串电阻起动
指导教师评定成绩：
审定成绩：
重庆邮电大学移通学院
课程设计报告
设计题目：
直流电动机电枢串电阻起动设计
学校：
学生姓名：
专业：
班级：
学号：
指导教师：
课程设计任务书
设计题目:
直流电动机电枢串电阻起动设计
学生姓名:
专业:
电气工程及其自动化
指导老师:
任务时间：
2013.12.5
设
计
内
容
1.设计包含直流电动机工作原理；
2.电动机的机械特性分析说明；
3.分析说明直流电机串电阻启动适用场合；
4.他励直流电动机启动方法，详细说明串电阻启动（包含启动过程分析）；
5.串电阻启动方案分析设计计算；
设
计
要
求
1.设计工作量是按要求完成设计说明书一份；
2.设计参数：
学号01~20：
I1=2.2IN，I2=1.1IN;I1启动电流，I2为切换电流
3.计算出合理的启动级数m;
4.设计求解出各级串入的电阻值；
5.设计必须根据进度计划按期完成；
6.结论；
7.设计说明书必须经指导老师审查签字。
设
计
计
划
电机与拖动课程设计预计6天内完成。
前三天查找并收集相关资料，之后两到3天总结并整理设计的内容，最后1天系统的进行相关课题的设计，反映到书面上来。
设
计
任
务
某工厂有一台他励直流电动机，已知参数如下：
PN=190KW;UaN=440V;
IaN=497A;nN=1500r/min;
摘要
直流电机是电机的主要类型之一，直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用。
直流电机具有突出的优点：
直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小；直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑；直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大，因此仍得到广泛的应用。
在此课程设计中，阐述了直流电机的基本结构、工作原理、运行特性和计算方法。
在此设计中，针对性地研究直流电机的控制盒测量方法，从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源都具有重要的意义。
经过驱动放大电路对直流电机进行控制。
并将转速显示出来。
从而实现快速地直流电机调速。
【关键字】直流电机调速
第1章...........................................................................................1
1.1直流电机的基本工作原理与结构...........................................1
1.1.1直流电机的基本结构.....................................................1
1.1.2直流电机的基本原理.....................................................1
第2章.............................................................................................2
2.1直流电机的励磁方式...............................................................2
2.1.1他励直流电机................................................................2
2.1.2并励直流电机................................................................2
2.1.3串励直流电机................................................................3
2.1.4复励直流电机................................................................3
第3章.............................................................................................4
3.1电动机的机械特性...................................................................4
3.1.1固有机械特性..................................................................4
3.1.2人为机械特性..................................................................5
第四章.............................................................................................7
4.1直流电动机电枢串电阻的起动设计方案...............................7
结论.................................................................................................9
心得体会........................................................................................10
致谢...............................................................................................11
参考文献.......................................................................................12
前言
在21世纪电气时代的今天，电动机在工业生产与人们日常生活都起着十分重要的作用。
直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，良好的起动性以及简单的控制电路等优点，在许多要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
用作直流发电机，直流发电机将机械能转化为直流电能；
作为直流电动机，直流电动机将直流电能转化为机械能，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用；
还可做作励磁机，一般小于10万kW即100MW的单机同步发电机要用直流发电机作为励磁机；
用作信号传递，直流测速发电机将机械信号转换为电信号，直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号。
由于直流电机存在换向器，其制造复杂，维护困难，价格较高，加之几年来变流器的快速发展，大有取代直流发电机的趋势。
为了提高直流电机的可靠性，延长电机寿命，除了在电机结构上不断改进，使其能长期可靠的运行外，国际上一直致力于发展各种无刷电机，如无刷直流电机、永磁直流电机。
永磁材料在直流电机中的普遍应用已是必然趋势。
我国稀土资源丰富，为我国永磁电机的发展提供了良好的条件。
第1章
1.1直流电机的基本工作原理与结构
1.1.1直流电机的基本结构
1.1.2直流电机的基本工作原理
根据电机的可逆原理，在图5-1所示的直流电机模型中，励磁线圈仍通入直流电流，产生主极磁通。
如果用直流电源通过电刷向电枢绕组供电，如图5-2所示，在电枢表面的左半部分导体（即N极下）可以流过相同方向的电流（符号“•”表示电流从里向外流动），根据左手定则导体将受到顺时针方向的力矩作用；同时，在电枢表面的右半部分导体（即S极下）也流过相同方向的电流（符号“×”表示电流从外向里流动），同样根据左手定则导体也将受到顺时针方向的力矩作用。
这样，整个电枢绕组即转子将按顺时针方向旋转，输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。
这就是直流电动机的基本工作原理。
第2章
2.1直流电机的励磁方式
在直流电机中，由定子励磁线圈通电所产生的主磁场称为励磁磁场。
不同的励磁方式，直流电机的运行特性有很大差异。
按励磁绕组的供电方式不同，可把直流电机分成下列四种：
2.1.1他励直流电机
这种电机的励磁电流是由另外的直流电源供给，如图（a），其特点是励磁电流If与电枢电压U及负载电流I无关。
2.1.2并励直流电机
这种电机的励磁绕组与电枢绕组并联，如图（b），其特点是励磁电流If不仅与励磁回路电阻有关，还受电枢端电压U的影响。
2.1.3串励直流电机
这种电机的励磁绕组与电枢绕组串联，如图（c），其特点是励磁电流If电枢电流I相等，电枢电流变化励磁电流就变化，串励电机极少采用。
2.1.4复励直流电机
这种电机的励磁绕组即有并联线圈，又有串联线圈，串励绕组和并励绕组共同接在主极上，并励匝数较多，串励匝数较少，如图（d）。
所以具有串励和并励电机的特点。
若串、并励磁势方向相同为积复励（常用），若串、并励磁势方向相反为差复励。
第3章
3.1电动机的机械特性
机械特性的一般形式：
他励式直流电动机的电路图如右图所示，电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线便是电动机的机械特性，即n=f（Te）。
为了推导机械特性公式的一般形式，在电枢回路中串入外接电阻R。
由转矩特性和转速特性推导可得机械特性的一般表达式为：
（6-1）
3.1.1固有机械特性
直流电动机在电枢电压、励磁电压均为额定值，电枢外串电阻为零时所得的机械特性称为固有的机械特性。
特性曲线如图6-2所示，曲线满足如下公式：
（6-2）
3.1.2人为机械特性
由公式（6-1）可知，当改变电动机的参数电枢电压Ua、励磁电流If、电枢外接电阻R，可改变电动机的机械特性，这种人为改变参数引起的机械特性又称人为机械特性。
1、改变电枢电压：
电动机励磁电流为额定值，使每极磁通为N并保持不变，电枢回路不外接电阻，改变电动机的电枢电压Ua，可得到一条与固有机械特性平行的人为机械特性。
不断改变Ua，可得到一组平行曲线，特性曲线的硬度均相同，仅理想空载转速大小不同，如图6-3所示。
2、减小每极气隙磁通：
当降低励磁电压或在励磁回路串接电阻Rc，使励磁电流If减小，由于磁通与励磁电流在额定磁通以下时基本成正比，所以主极磁通减小了。
根据机械特性公式可知：
当磁通减小后，理想空载转速n0升高，而斜率增大，使特性曲线倾斜度增加，电动机的转速较原来有所提高，整个特性曲线均在固有机械特性之上，如图6-4所示。
3、电枢回路串接电阻：
当保持电枢回路电压Ua，励磁电流If不变，改变电枢回路的串接电阻R，电动机的理想空载转速n0不变，但机械特性的斜率增大，特性曲线倾斜度增加，且串入电阻越大，曲线越倾斜，其人为机械特性如下图所示。
第4章
4.1直流电动机电枢串电阻的起动设计方案
1、选择启动电流I1和切换电流I2
I1=2.2IaN=1093.4A
I2=1.1IaN=546.7A
2、求出起切电流比
β=I1/I2=2
3、求出启动时电枢电路的总电阻Ra
β=
带m=2进入计算，计算出Ra=0.1006
4、重新计算β，校验T2
CeФ=
把Ra带入计算得出CeФ=0.26
T1=9.55CeФI1计算出T1=2714.9
T2=
计算出T2=1357
TL=9.55
计算出TL=1209
计算可得T2大于等于（1.1-1.2）TL在规定范围之内
M=2时满足条件，m=3时，T2都不在该范围之内，所以此时，m值应取2.
5、求出各级总电阻
R2=
Ra=4×0.1006=0.4024Ω
=
Ra=2×0.1006=0.2012Ω
=Ra=0.1006Ω
6、求出各级启动电阻
Rst1=R1-R0=（0.2012-0.1006）Ω=0.1006Ω
Rst2=R2-R1=（0.4024-0.2012）Ω=0.2012Ω
电枢回路串电阻启动方法比较简单，经济和可靠。
缺点就是起动条件非常严格。
降压启动平稳，启动过程能量损耗小，容易实现自动化。
并且非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电动机中。
结论
根据以上的设计实践，他励直流电动机串电阻启动计算方法可归结如下：
（1）选择启动电流
和切换电流
；
启动电流为
；
对应的启动转矩T1；
切换电流为
；
对应的启动转矩T；
（2）求出起切电流（转矩）比
；
（3）求出电动机的电枢电路电阻ra；
（4）求出启动时的电枢总电阻Rm；
（5）求出启动级数m；
（6）重新计算
，校验I2是否在规定范围内；
若m是取相近整数，则需重新计算
；
=
再根据得出的
重新求出
，并校验
是否在规定范围内。
若不在规定范围内，需加大启动级数m重新计算
和
，直到符合要求为止。
（7）求出各级总电阻;
（8）求出各级启动电阻;
这便是他励直流电动机电枢串电阻起动的大体思路与过程。
心得体会
经过为期一周的研究与设计，本次电机与拖动课程设计———直流电动机电枢回路串电阻起动较为顺利的完成。
这是我自入学以来第一次进行课程设计，因此感触颇深：
通过这次课程设计，使我更进一步了解了直流电动机的工作原理及其起动过程，对直流电机的电力拖动有了更加深入的理解与体会。
与此同时，同学间的团结协作，密切配合，各抒己见同样起到了至关重要的作用，这也是我明白了集体的重要性。
另外，在设计过程中，也进一步砺练了自己，增强了独立发现问题、思考并解决问题的能力，相信这些能力对于将来走进就业岗位都会有极大地益处。
总而言之，在这一周的实践中，我学到了许多有意的东西，这些东西都是很宝贵的财富。
致谢
首先我要向仲伟堂、王继强、王巍等几位老师表示由衷的感谢，在此特别感谢仲伟堂老师，他们严谨细致，一丝不苟的作风深深的感染了我。
他们在百忙之余抽出时间进行耐心细致的指导，再次由衷的向他们表示感谢。
在设计过程中也同样得到了其他同学的热心帮助，在此向他们表示感谢。
由于时间的仓促以及本人能力有限，因此在设计过程中难免会出现很多错误，对于这些不足与缺陷望院领导与老师给予包容与理解，并希望老师多加批评指正，在此一并表示感谢。
参考文献
【1】曾成碧.电机学.机械工业出版社.北京：
机械出版社.2009.2
【2】汤天浩.电机及拖动基础.北京：
机械出版社.2008.3
【3】汤蕴谬.电机理论与运行.水利电力出版社.2005
【4】唐介.电机与拖.高等教育出版社.2003
（注：
可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!
）
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