电机与拖动电动机调速加仿真Word文档格式.docx

1、2、设计内容设计思路不清晰，结构方案不合理，有明显错误关键设计参数选择有错误，内容不完整设计思路清晰，结构方案合理，内容完整设计思路清晰，结构方案合理，内容完整，结果正确，有仿真和试验结果3、设计报告不能按时提交设计报告能及时提交设计报告设计报告内容完整设计报告格式正确、书写规范4、答 辩不能正确回答答辩老师提出的问题基本能正确回答答辩老师提出的问题思路星期，能准确回答答辩老师提出的问题能准备回答老师提出的问题，并能提出自己的观点评价教师评价总分课程设计任务书一、设计题目他励直流电动机启动与调速二、设计任务实现直流他励电动机（要有具体的参数）启动与调速三、设计计划电机与拖动课程设计共计1周内完

2、成：1、第12天查资料,熟悉题目；2、第35天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、第6天准备答辩；4、第7天答辩。四、设计要求1、设计工作量为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查签字方可答辩 指导教师：* 时 间：2016年7月3日摘要 他励式电机的主磁极是由单独设置的励磁绕组产生，其励磁电流由另设直流电源供电。这类电机又分三种情况：，一是电枢绕组单一，二是电枢绕组与换相磁极绕组串联：三是电枢绕组与换相磁极绕组、补偿绕组串联。他励式直流电机由于主磁极是单独的励磁绕组产生，故磁感应强度可由励磁电流大小、方向进行控制。因此这类电机功率

3、可以做得相对较大，且可以在一定范围内改变。另外，它的转速可以通过改变励磁绕组、电枢绕组电流的大小进行调节。旋转方向可以通过改变励磁绕组、电枢绕组的电流方向进行控制。因为电机的励磁线圈和电枢绕组是分开的，励磁电流另外提供，与主电路无关，这种电机原理跟永磁直流电机类似，机械特性为n=u/K-i*r/k（n转速，k常数，跟电机磁场结构本身有关，u电压，i电流，r电枢电阻）。他励式电机的最大优点是有很好的硬机械特性，即由空载到满载其转速下降仅为额定转速的5%，10%。因此，它常作发动机的启动电机。但是磁绕组不能断路，即不能失磁。否则励磁电流为零，主磁极只有微弱剩磁，此时电枢绕组的反电动势很小，通过电枢

4、绕组的电流将会很大，以致超过安全限度，从而将电枢绕组烧毁。为防万一，这类电机应安装失磁保护装置。它能有效消除气隙磁场畸变和改善换向。 关键词 他励直流电机；起动；调速；制动1.设计任务 . 12.设计要求 . 1 5 .他励直流电机调速 .6 1.1 串电阻调速.6 6.他励电动机制动.9 7.结果分析 .12 8.心得体会 .141设计任务 电机与拖动是一门要求实践性很强的课程，具有极其广泛的工程应用价值。若要深入地掌握理论知识，就必须在加强理论学习的基础上，注重加强工程实践操作技能的系统训练。不仅通过实验论证一些理论问题，而且还要通过工程设计、工程实践等环节，掌握该课程在实践工程应用、故障

5、分析等方面的综合实践技能，使学生树立工程意识、提高工程实践能力。本课程设计旨在通过学生独立分析他励直流电机的起动，调速及制动以达到对学生的综合性训练。2.设计要求1、给出有关器件的选型和参数；2、画出系统详细的电路图；3、完成实验室模拟调试，实现主要功能要求；4、完成设计说明书；5、答辩中能比较准确地回答出所提出的问题。3.他励直流电机工作原理 图1-1 他励直流电动机他励直流电机,定子线圈就是励磁绕组,用来励磁的.励磁意思是建立磁场.他励直流电机是相对其它类型直流电机说的，他励直流电机励磁绕组和转子绕组分别单独供电,需要两个电源。励磁电压 Uf If 电枢电压 Ua IaTnE4他励直流电机

6、的启动 直流电机启动方法：直流电机从接通电源开始转动，直至升速到某一固定转数稳定运行，这一过程称为电动机的启动过程。直流电机有直接起动、串电阻起动和降电压启动三种方法。4.1.直接启动由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小，而转动体具有一定的机械惯性，因此当直流电机接通电源后，起动的开始阶段电枢转速以及相应的反电动势很小，起动电流很大。最大可达额定电流的1520倍。这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花。因此直接起动只适用于功率不大于4千瓦的电动机。图2-1直接启动原理图图2-2直接启动仿真图2-3直接启动仿真结果4.2.电枢回路串电阻启动为了限制起动电流，常在电枢回路内串入

7、专门设计的可变电阻。在起动过程中随着转速的不断升高及时逐级将各分段电阻短接，使起动电流限制在某一允许值以内。这种起动方法称为串电阻起动，非常简单，设备轻便，广泛应用于各种中小型直流电机中。但由于起动过程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流电机。但对于某些特殊需要，例如城市电车虽经常起动，为了简化设备，减轻重量和操作维修方便，通常采用串电阻起动方法。图2-4电枢串电阻串电阻启动参数计算：P1=15kw UN=440v IN=40.5A nN=1050r/min Ra=0.976 TL=0.8TN Im=2IN=81A（Im取（1.52.0）IN）Rm=5.43假设m=4 则 启动电流

8、比为 =1.536切换电流： I2=1.22IN 1.2*0.8IN所选段数适合Rs1=（-1）Ra=（1.54-1）*0.976=0.53Rs2=Rs1=0.81Rs3=2Rs1=1.25Rs4=3Rs1=1.92验证： Ra+Rs1+Rs2+Rs3+Rs4=0.976+0.53+0.81+1.25+1.92=5.4865.43选择4级启动 图2-5串电阻启动仿真结果4.3.降电压启动 对容量较大的直流电机，通常采用降电压起动。即由单独的可调压直流电源对电机电枢供电，控制电源电压既可使电机平滑起动，又能实现调速。此种方法电源设备比较复杂。图2-6降电压起动原理综上所述，据该电机参数，用电枢回

9、路串电阻调速。优势在于：1.改变电枢回路电阻，理想空载转速n0 不变2.在各种转速下，能输出相同的转矩，为恒转矩调速。3.在额定转速下，可以平滑调速。4.不需要特殊设备，方便使用。5.他励直流电机的调速电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。我们主要分析他励直流电动机的电气调速方法及其特点。由他励直流电动机的转速公式：n=可知，改变电机转速有三种方法：1.电枢电路串电阻调速2.降低点数电压调速3.弱磁调速 5.1串电阻调速（1）改变电枢回路电阻，理想空载转速n0不变。（2）RP越大

10、，斜率越大，特性越软。（3）只能在额定转速以下进行平滑调速。（4）转速越低，机械特性越软，负载波动时转速的稳定性越差。（5）串入的电阻越大，电能损耗越大，经济性差。（6）调速范围小。（7）在各种转速下，能输出相同的转矩，为恒转矩调速。图3-1 串电阻调速5.2降低电压调速（1）理想空载转速n0与电枢电压U成正比。（2）改变电枢电压后斜率不变。（3）转速只能从额定转速往下调。（4）调速前、后机械特性斜率不变，机械特性硬度高，速度稳定性好，调速范围广，最高转速与最低转速之比可打10倍以上（5）当电压连续可调时，转速也连续可调，可实现无级调速。（6）降压调速是通过减小输入功率来降低转速的，故调速时损

11、耗减小， 调速经济性好。图3-2降电压调速图3-3改变电压调速仿真5.3弱磁调速（1）理想空载转速随磁通的减弱而上升。（2） 斜率随磁通的减弱而增大，机械特性变软。（3）电阻能连续调节，可实现无级调速，调速平滑。（4）励磁电流小,能量损耗少，调速前后电动机的效率基本不变， 经济性比较好。（5）机械特性较硬，转速稳定。（6）在各种转速下,能输出相同的功率,为恒功率调速。综上所述，该设计采用了串电阻调速，因为电枢回路串电阻简单，投资少，且为恒转矩调速。串电阻调速参数计算CeN=0.381TN=9.55*=9.55*=136.43 NMnA=-*TL=*136.43=1078.01 r/min由0.

12、8nA= 得：0.8*1078.01=解得 Rc=2.466.他励直流电机的制动他励直流电动机的制动方法有：能耗制动，反接制动，回馈制动。6.1能耗制动图4-1能耗制动如图（b）所示。这时他励直流电动机由于转子惯性的作用，电动机仍按原来的方向旋转。由于磁通方向不变，因此产生的电枢绕组中产生感应电动势Ea方向也不变，电动机此时作发电机运行，电枢电流方向及其产生的电磁转矩的方向都改变了， 使电磁转矩的方向与旋转方向相反，成为制动转矩。电动机由自身惯性和生产机械的作用而驱动发电，把电动机储存的动能和生产机械转换为电能，再消耗到Rb上。图4-2 能耗制动仿真能耗制动特点：（1）制动时 U= 0， =N

13、 ，直流电动机脱离电网变成直流发电机单独运行，把系统存储的动能，或位能性负载的位能转变成电能，消耗在电枢电路的总电阻上I2（Ra+Rc）；（2）制动时， n与T成正比 ，所以转速n 下降时，T也下降，故低速时制动效果差，为加强制动效果，可减少Rc，以增大制动转矩T ，即多级能耗制动；（3）实现能耗制动的线路简单可靠，当n=0 时T=0 ,可实现准确停车6.2反接制动反接制动可用两种方法实现，即转速反向（用于位能负载）与电枢反接（一般用于反作用负载）。图4-3反接制动仿真6.3回馈制动（一）位能负载拖动电动机 这时位能负载带动电动机，电枢将轴上输入的机械功率变为电磁功率EaIa后，大部分回馈给电

14、网UIa，小部分变为电枢回路的铜耗Ia2 *（Ra+R）。电动机变为一台与电网并联运行的发电机。（二）他励电动机改变电枢电压调速 在降低电压的降速过程中，当突然降低电枢电压，感应电动势还来不及变化时，就会发生Ea U况，亦即出现了回馈制动状态。图4-4回馈制动综上分析，由于能耗制动原理，操作相对简单，所以选取能耗制动来实现他励直流电机的制动能耗制动参数计算在制动过程中，因为U=0，电动机与电源没有能量转化关系，而电磁功率PM=Ea*Ia=T D。说明电动机从轴上输出机械功率。扣除空载损耗功率后，其余功率通过电磁作用，转变成电功率。消耗在电枢回路中的电功率为Ia2（Ra+Rc）。电动机输入的机械

15、功率来自降速过程中系统单位时间释放的动能。当制动到n=0时，系统储存的动能全部释放完毕，制动过程结束。Imax=2INP1=15kw UN=440v IN=40.5A nN=1050r/min Ra=0.976 TL=0.8TN Im=2IN=81A（Im取（1.52.0）*IN）=0.382n0=1151.8 r/minn=n0-nN=1151.8-1050=101.8 r/minEaN= CeN *nN=0.382*1050=401.1vn=n0-*n=1151.8-0.8*101.8=1070.36 r/minEa=*EaN=408.88vRcmin=-Ra= 4.077结果及分析7.1

16、启动采用电枢串电阻启动，经过运算得应该串入4个电阻分四级启动。Rs1=0.53，Rs2=0.81，Rs3=1.25，Rs4=1.92。经验证，串入的电阻阻值与Ra的和近似等于电枢总电阻，启动电阻的个数越多4，启动过程越平滑，为了减少投资以及损耗，串入电阻的个数也不宜过多。7.2调速采用电枢回路串电阻调速，在v2=0.8*v1时，转速n=0.8n,计算得Rc=2.46。外接电阻阻值越大，机械特性曲线就越软，相同负载下的转速就越低。7.3制动由于原理及电路方便，采用能耗制动，当Imax=2IN时，经计算，得制动开始时，电枢电动势Ea=401.1v，将Ia限制在最大电流Imax，此时需要串入的电阻的

17、阻值最小为Rcmin=4.07.在制动过程中，制动转矩随转速的降低而减小，制动作用减弱，延长了制动时间。8.心得与体会 通过亲自动手，第一让我能突破里书本的局限去了解真实电动机的结构，进而理解其工作原理，学习电机更容易，第二加强我的动手能力，突破自己的性格束缚。我最大的感触就是要有心细、谨慎和敢于动手的工作作风，在仿真的时候一定要保持注意力高度集中，哪里接错了一根线都不会出结果。同时还要有耐心，面对越来越多的接线，不要有怕麻烦的心理，思路不要乱，对照电路图耐心细致地接好每一根线。感谢小组同学互帮互助，更感谢老师一直以来的付出和指导。 1.唐介. 电机与拖动. 北京：高等教育出版社， 2003.7. 2.唐介.控制微电机. 北京：高等教育出版社， 1987.4. 3.王毓东. 电机学. 杭州浙江大学出版社，1990. 4.杨长能. 电机学. 重庆：重庆大学出版社，1994. 5.李发海. 电机学. 北京：科学出版社， 1991. 6.刘启新. 电机与拖动基础. 北京：中国电力出版社，2005. 7.汤蕴. 电机学. 西安：西安交通大学出版社，1993.