他励直流电动机串电阻启动的设计.docx
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他励直流电动机串电阻启动的设计
课程设计名称:
电机与拖动课程设计
••••••••••••••••••••■••••••••••••••
题目:
他励直流电动机串电阻启动
专业：
电气工程及其自动化
班级：
12-2班
学号：
22
辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
学期
2013-2014学年第二
学期
姓
名
专业
班
级
课程名
称
电机与拖动
论文题
目
评定标准
评定指标
分
值
得分
知识创新性
20
理论正确性
20
内容难易性
15
结合实际性
10
知识掌握程度
15
书写规范性
10
工作量
10
总成绩
100
评语：
课程设计任务书
备注
二、设计任务
…台他励直流电力札己知参数如下
Pan=200kw；Uan=440v；Ian=497A；nN=1500r/min；Ra二Q；
采用分级启动，启动电流最大不超过21a求各段电阻值，并且求出切除电阻时的瞬时转速和电动势，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。
三、设计计划
第1天査阅资料，熟悉所选题目；
第2天根据基本原理进行方案分析;
第3天整理思路，按步骤进行设计;
第4天整理设计说明书；
第5天准备答辩；
四、设计要求
1、设计工作量为按要求完成设计说明书一份。
2、设计必须根据进度计划按期完成。
3、设计说明书必须经指导教师审査签字方可答辩。
指导教师：
王继强刘春喜李国华教研室主任：
李洪珠
时间：
2014年7月5日
摘要
他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea=CeOn=0,最初启动电流Is=U/Ra,若直接启动，由于Ra很小，1st会十几倍甚至几十倍于额定电流，无法换向，同时也会过热,因此不能直接启动。
要限制启动电流1st的大小可以有两种方法:
降低电枢电压和电枢回路串接附加电阻。
本文仅以他励直流电动机的串电阻启动为主题进行详细的阐述。
在实际中，如果能够做到适当选用各级启动电阻，那么串电阻启动由于其启动设备简单、
经济和可靠，同时可以做到平滑启动，因而得到广泛应用。
但对于不同类型和规格的直流电动机，对启动电阻的级数要求也不尽相同。
关键词：
他励直流电动机；启动电流；串电阻启动
第一章直流电动
机1
直流电动机的工作原理1
直流电动机的分类1
他励直流电动机的工作原理2
第二章他励直流电动机的启
动3
他励直流电动机串电阻启动3
启动过程分析3
起动电阻的计算4
直流电动机电枢串电阻启动设计方案5
选择启动电流h和切换电流b5
启动、切换电流比B5
启动时电枢电路的总电阻Ram6
启动级数6
重新计算B,校验126
各级总电阻的计算6
各级启动电阻的计算6
多级启动的规律7
不同加速级的机电常数7
不同加速级的起始转速与稳定转速7
启动级数的选取7
第三章结
论8
第四章心得体
参考文
10
第一章直流电动机
直流电动机的工作原理
图直流电动机的工作原理
直流电动机的工作原理：
上图所示为最简单的直流电动机工作原理示意图。
直流电动机换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。
若电刷A是正电位，B是负电位,那么在N极范围内的转子绕组ab中的电流从a流向b,在S极范围内的转子绕组cd中的电流从c流向d。
转子载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中ab边受力方向是向左，而cd则向右。
由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受的电磁力的大小相等。
这样转子线圈上受到的电磁力f的作用而按逆时针方向旋转。
当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零。
因此，电磁力也等于零。
但由于惯性的作用，线圈继续转动。
线圈转过半圈之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab转到S极范围内，cd转到N极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到N极下的cd边中的电流方向也变了，是从d流向c,在S极下的ab边中的电流，则从b流向冬因此，电磁力f的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动。
可知，分别在N,S极范围内的导体中的电流方向总是不变的。
由此，线圈二边受力方向也不变。
这样，线圈就可以按照受力方向不停地旋转。
直流电动机的分类
根据励磁方式的不同，直流电机可分；他励直流电机、并励直流电机、串励宜流电机、复励直流电机。
他励直流电机工作原理
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，接线如图所示。
图中m表示电动机，若为发电机，贝y用g表示。
永磁直流电机也可看作他励直流电机。
图他励直流电机工作原理图
第二章他励直流电动机的启动
他励直流电动机串电阻启动
在实际中，如果能够做到适当选用各级起动电阻，那么串电阻起动由于其起动设备简单、经济和可靠，同时可以做到平滑快速起动，因而得⑷到广泛应用。
但对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相同。
下面仅以直流他励电动机电枢回路串电阻起动为例说明起动过程。
启动过程分析
如图（Q所示，当电动机已有磁场时，给电枢电路加电源电压U。
触点KM1、KM2均断开，电枢串入了全部附加电阻RK1+RK2，电枢回路总电阻为Ral=ra+RK1+RK2<,这是启动电流为
Il=U/Ral=U/（ra+RKl+RK2）
与起动电流所对应的起动转矩为Tlo对应于由电阻所确定的人为机械特性如图（b）中的曲线1所示。
（b）特性图
图直流他励电动机分二级起动的电路和特性
根据电力拖动系统的基本运动方程式
dco
T-TL=J山
式中T——电动机的电磁转矩；
TL——由负载作用所产生的阻转矩；
J——电动机的转动惯量；
由于起动转矩T1大于负载转矩TL,电动机受到加速转矩的作用，转速由零逐渐上升,电动机开始起动。
在图（b）上，由a点沿曲线1上升，反电动势亦随之上升，电枢电流下降，电动机的转矩亦随之下降，加速转矩减小。
上升到b点时，为保证一定的加速转矩，控制触点KM1闭合，切除一段起动电阻RK1。
b点所对应的电枢电流12称为切换电流，其对应的电动机的转矩T2称为切换转矩。
切除R1后，电枢回路总电阻为Ra2=ra+R2o这时电动机对应于由电阻Ra2所确定的人为机械特性，见图⑹中曲线2。
在切除起动电阻RK1的瞬间，由于惯性电动机的转速不变，仍为nb,其反电动势亦不变。
因此，电枢电流突增,其相应的电动机转矩也突增。
适当地选择所切除的电阻值R1,使切除R1后的电枢电流刚好等于II,所对应的转矩为T2,即在曲线2上的c点。
又有T1>T2,电动机在加速转矩作用下，由c点沿曲线2上升到d点。
控制点KM2闭合，又切除一切起动电阻R1。
同理，由d点过度到e点，而且e点正好在固有机械特性上。
电枢电流又由12突增到II,相应的电动机转矩由T2突增到Tl。
Tl>TL,沿固有特性加速到g点T=TL,n=ng电动机稳定运行,起动过程结束。
在分级起动过程中，各级的最大电流12（或相应的最大转矩T2）及切换电流12（或与之相应的切换转矩T2）都是不变的，这样，使得起动过程有较均匀的加速。
要满足以上电枢回路串接电阻分级起动的要求，前提是选择合适的各级起动电阻。
下面讨论应该如何计算起动电阻。
起动电阻的计算
在图（b）中，对a点，有Il=U/Ral
即Ral=U/Il
当从曲线1（对应于电枢电路总电阻Ral=ra+Rl+R2）转换得到曲线2（对应于总电阻Ra2=ra+R2）W,亦即从点转换到点时，由于切除电阻RK1进行很快，如忽略电感的影响，可假定nb=nc,即电动势Eb=Ec,这样在点有12=（U~Ub）/Rai
在c点Il=（U-Uc）/Ra2
两式相除，考虑到Eb=Ec,得Il/l2=Ral/Ra2
同样，当从d点转换到e点时，得Il/l2=Ra2/ra
这样，如图所示的二级起动时，得Il/l2=Ral/Ra2=Ra2/ra
推广到m级起动的一般情况，得B=Il/l2=Ral/Ra2=Ra2/ra=Ra2/ra=-
=Ra（m-1）/Ram=Ram/ra
式中几为最大起动电流II与切换电流12之比，称为起动电流比（或起动转矩比），它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。
由此可以推出口二旷
式中m为起动级数。
由上式得
如给定2,求m,可将式二二0"取对数得
IlfialRaiRaint-1）Ram
由式0=7；一莎=石二…二际可得每级电枢回路总电阻进而求出各级启动电阻为:
Rl=Ral-Ra2
R2=Ra2-Ra3
R3=Ra3-Ra4
R（m-1）=Ra（m-1）-Ram
Rm=Ram-ra
起动最大电流II及切换电流12按生产机械的工艺要求确定，一般
11="IflN
I2「I&N
直流电动机电枢串电阻起动设计方案
选择启动电流h和切换电流b
11二〜IaN=〜X497A二〜994）A
I2=〜Ln=〜x497A二〜A
选择11=840A,12=560Ao
启动、切换电流比B
Il
p-II-
启动时电枢电路的总电阻Ram
UaN
Ram=Z1=0
启动级数m
m=蜃“二取m=5重新计算B,校验12
Z1
12=^=571A
12在规定范围之内。
各级总电阻的计算
R5=/i/2/?
ira=xQQZ?
4=xQQ^3xQQ^2xQQ/?
xQQQ各级启动电阻的计算Rstl=Ri-Ro=QQR2R1QQR3R2QQR4R3QQRsR4QQ多级启动的规律不同加速级的机电常数
不同加速级的机电常数是不同的，电枢电路的电阻越大，则Th越大。
不同加速级的起始转速与稳定转速
不同加速级的起始转速与稳定转速是不同的，这是由于不同的机械特性与恒切换转矩T2（或切换电流12）特性及恒负载转矩TL（或负载电流IL）特性的交点是不同的。
启动级数的选取
启动级数的选取：
取决于负载的大小与对启动平滑性的要求。
级数越多启动平滑性越好，但是启动设备与控制装置庞杂，投资大。
一般取m=2~4级，空载或轻载取nF广2,重载或满载取呼3~4。
第三章结论
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11和切换电流12
11=（〜）In
12二〜Il
启动电流为11,对应的启动转矩Ti；
Ti=〜Tn
切换电流为12,对应的启动转矩T2;
T2=（~）Tn
（2）出起切电流（转矩）比B；
3=11/12
⑶出电动机的电枢电路电阻ra；
Ra=（1/2〜2/3）UnIn-Pn*1000/In*In
（4）出启动时的电枢总电阻Rm；
Rm=UaN/IaN
（5）出启动级数m；
m=（lgRm/Ra）/lgB选取m=3
⑹重新计算B,校验12是否在规定范围内;
若m是取相近整数，则需重新计算12；
B二％几再根据得出的B重新求出12,并校验12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B和12,直到符合要求为止。
（7）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。
第四章心得体会
经过为期一周的研究与设计，本次电机与拖动课程设计——他励宜流电动机串电阻启动较为顺利的完成。
通过这次课程设计，使我更进一步了解了他励直流电动机的工作原理及其起动过程。
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。
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。
此设计忽略了电枢电感的影响，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。
在这次设计中，我翻阅了一些的资料文献，同时在网上收集了很多有用的信息。
之后自己进行归纳总结，得出设计方案。
在整个过程中，我积累了一些设计方面的经验，为以
后做毕业设计打下了坚实的基础。
在设计过程中，完成设计要综合利用各方面的知识，无疑是对电机知识的一次新的、具体的、全面的理解与应用。
从中学到了很多课堂上学不到的知识，使自己从理论到实践迈出了宝贵的一步.
通过这次课程设计我收获最大的是明白了做事要有认真严谨求实的精神。
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。
参考文献
［1］李晓竹.电机与拖动［ML中国矿业大学出版社.
［2］姚舜才.电机学与电力拖动技术［M］北京:
机械工业出版社,1997.
［3］彭鸿才.点击原理及拖动［M］.北京:
机械工业出版社,1997.
［4］吴云.系统仿真技术及其应用［J］.
［5］姚舜才.电机学与电力拖动技术［M］.北京:
机械工业出版社,1997.
［6］吴云.系统仿真技术及其应用［J］.
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