他励直流电动机串电阻启动的设计.docx

1、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

2、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

3、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

4、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b 5启动、切换电流比B 5启动时电枢电路的总电阻Ram 6启动级数 6重新计算B,校验12 6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

5、、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

6、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

7、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+RK2T2,电动机在加速转矩作 用下

8、，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/I

9、l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= （UUb）/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

10、=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Il fial Rai Raint -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-Ra2R2=Ra2-Ra3R3=Ra3-Ra4R(m-1)= Ra (m-1)- RamRm= 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= IflNI2I&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、11二IaN =X 497 A 二994) AI2= Ln =x 497 A 二A选择 11=840 A, 12=560 A o启动、切换电流比BIlp- II-启动时电枢电路的总电阻RamUaNRam= Z1 =0启动级数mm=蜃“二取 m=5 重新计算B ,校验12Z112=571 A12在规定范围之内。各级总电阻的计算R5=/i/2/?ira=xQQZ?4 =xQQ3xQQ2xQQ/?xQQQ 各级启动电阻的计算 Rstl=Ri - Ro = Q Q R2 R1 Q Q R3 R2 Q Q R4 R3 Q Q Rs R4 Q Q 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

12、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=24级，空载或轻载取nF广2,重 载或满载取呼34。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1211=()In12 二Il启动电流为11,对应的启动转矩Ti；Ti=

13、 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出电动机的电枢电路电阻ra；Ra= （1/22/3） 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) /lg B 选取 m=3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

14、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

15、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.