他勵直流電動機電樞串電阻啟動設(shè)計

1、課程設(shè)計名稱： 電機與拖動 題 目： 專 業(yè)：班 級：姓 名：學(xué) 號：電氣工程系課程設(shè)計標準評分模板課程設(shè)計成績評定表學(xué)期2011/2012第2學(xué)期姓名崔彬彬?qū)I(yè)電氣工程及其自動化班級電氣10-2班課程名稱 電機與拖動課程設(shè)計設(shè)計題目 他勵直流電動機電樞串電阻啟動設(shè)計 成績 評分項目優(yōu)良中及格不及格設(shè)計表現(xiàn)1.設(shè)計態(tài)度非常認真認真較認真一般不認真2.設(shè)計紀律嚴格遵守遵守基本遵守少量違反嚴重違反3.獨立工作能力強較強能獨立設(shè)計完成基本獨立設(shè)計完成不能獨立設(shè)計完成4.上交設(shè)計時間提早或按時按時遲交半天遲交一天遲交一天以上設(shè)計說明書5.設(shè)計內(nèi)容設(shè)計思路清晰，結(jié)構(gòu)方案良好，設(shè)計參數(shù)選擇正確，條理清楚，

2、內(nèi)容完整，結(jié)果正確設(shè)計思路清晰，結(jié)構(gòu)方案合理，設(shè)計參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容較完整，極少量錯誤設(shè)計思路較清晰，結(jié)構(gòu)方案基本合理，設(shè)計參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有少量錯誤設(shè)計思路基本清晰，結(jié)構(gòu)方案基本合理，設(shè)計參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有些錯誤設(shè)計思路不清晰，結(jié)構(gòu)方案不合理，關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)選擇有錯誤，調(diào)理清楚，內(nèi)容不完整，有明顯錯誤6.設(shè)計書寫、字體、排版規(guī)范、整潔、有條理，排版很好較規(guī)范、整潔、有條理，個別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，個別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，排版有問題較多不規(guī)范、不整潔、無條理，排版有問題很大7.封面、目錄、參考文獻完整較完整

3、基本完整缺項較多不完整圖紙8.繪圖效果很出色較出色一般較差很差9.布局合理、美觀較合理基本合理有些混亂布局混亂10.繪圖工程標準符合標準較符合標準基本符合標準個別不符合標準完全不符合標準評定說明：不及格標準：設(shè)計內(nèi)容一項否決制，即5為不及格，整個設(shè)計不及格，其他4項否決；優(yōu)、良、中、及格標準：以設(shè)計內(nèi)容為主體，其他項超過三分之一為評定標準，否則評定為下一等級；如優(yōu)秀評定，設(shè)計內(nèi)容要符合5，其余九項要有4項符合才能評定為優(yōu)，否則評定為良好，以此類推。最終成績： 評定教師簽字：課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目他勵直流電動機電樞串電阻起動的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)1、說明直流電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；2、說明直

4、流電動機的起動方法和起動過程；3、選擇他勵直流電動機電樞串電阻方式，按給定參數(shù)計算串聯(lián)電阻值。三、設(shè)計計劃電機與拖動課程設(shè)計共計1周內(nèi)完成。第l2天查資料，熟悉題目；第35天方案分析，具體按步驟進行設(shè)計及整理設(shè)計說明書；第6天準備答辯；第7天答辯。四、設(shè)計要求 1、設(shè)計工作量為按要求完成設(shè)計說明書一份； 2、設(shè)計必須根據(jù)進度計劃按期完成； 3、設(shè)計說明書必須經(jīng)指導(dǎo)教師審查簽字方可答辯。指 導(dǎo) 教師：榮德生 王繼強 劉春喜 李國華 時 間：2012年6月23日摘要直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來

5、看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。本設(shè)計主要研究了他勵直流電動機、并勵直流電動機、串勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機的運行特性和他勵直流電動機的起動，尤其是他勵直流電動機串電阻

6、起動的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：直流電動機；起動；串電阻；運行特性 遼寧工程技術(shù)大學(xué)電機與拖動課程設(shè)計目錄緒論11 直流電動機的工作原理22 直流電動機的結(jié)構(gòu)42.1 定子42.2轉(zhuǎn)子43 直流電動機的分類53.1 他勵直流電動機53.3 串勵直流電動機53.4 復(fù)勵直流電動機54 他勵直流電動機的起動64.1 直接起動64.2 降電壓起動64.3 電樞串電阻起動65 他勵直流電動機電樞串電阻起動設(shè)計76 結(jié)論97 心得體會10參考文獻11緒論直流電動機是人類最早發(fā)明和應(yīng)用的一種電機。直流電機可作為電動機用，也可作為發(fā)電機用。直流電動機是將直流電轉(zhuǎn)換成機械能的而帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的電器設(shè)備。與交流電動機

7、相比，直流機因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護困難、價格較貴等缺點制約了它的發(fā)展，但是它具有良好的起動、調(diào)速和制動性能，因此在速度調(diào)節(jié)要求較要、正反轉(zhuǎn)和起動頻繁或多個單元同步協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械上，仍廣泛采用直流電動機拖動。在工業(yè)領(lǐng)域直流電動機仍占有一席之地。因此有必要了解直流電動的運行特性。在四種直流電動機中，他勵電動機應(yīng)用最為廣泛。1 直流電動機的工作原理如圖1-1所示，電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機械負載相連，這是便有電流從電源正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)過電刷B流回電源的負極。在圖1-1所示位置，在N級下面導(dǎo)線電流是由a到b，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)線ab受力的方向向左，而cd的受力方

8、向是向右的。當兩個電磁力對轉(zhuǎn)軸所形成的電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩是，電動機逆時針旋轉(zhuǎn)。當線圈轉(zhuǎn)過180度時，這是導(dǎo)線的電流方向變?yōu)橛蒬到c和b到a，因此電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然是逆時針的 ,這樣就使得電機一直旋轉(zhuǎn)下去。圖表 11 直流電動機的工作原理圖 2 直流電動機的結(jié)構(gòu) 直流電機由定子、轉(zhuǎn)子和機座等部分構(gòu)成。2.1 定子主磁極 主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構(gòu)成。換向極 換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個小磁極，它的作用是改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產(chǎn)生有害的火花。機座 機座有兩

9、個作用，一是用來固定主磁極、換向級和端蓋；另一個是作為磁路的一部分。電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成2.2轉(zhuǎn)子電樞鐵心 電樞鐵心也有兩個用處，一是作為主磁路的主要部分，二是嵌放電樞繞組。電樞繞組電樞繞組由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成，它是直流電機的主要電路部分，是通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動勢以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。換向器換向器也是直流電機的重要部件。在直流電動機中，它的作用是將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流；在直流發(fā)電機中，它將繞組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢3 直流電動機的分類根據(jù)勵磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的連接關(guān)

10、系，勵磁式的直流電機又可細分為：他勵直流電動機 并勵直流電動機 串勵直流電動機和復(fù)勵直流電動機3.1 他勵直流電動機他勵直流電動機是一種勵磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系，而由其他直流電源而由其他直流電源對勵磁繞組單獨供電的直流電動機，如圖3-1（a）所示。3.2并勵電直流動機并勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖3-1（b）所示。這種直流電動機的勵磁繞組上所加的電壓就是電樞電路兩端的電壓3.3 串勵直流電動機串勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞串聯(lián)，如圖3-1（c）所示。這種直流電動機的勵磁電流就是電樞電流，若有調(diào)節(jié)電阻與勵磁繞組并聯(lián)，其電流則為電樞電流的一部分3.4 復(fù)勵直流電動機這種直流電機

11、的主磁極上裝有兩個勵磁繞組，一個與電樞電路并聯(lián)，然后再和另一個勵磁繞組串聯(lián)，如圖3-1（d）所示。 圖（a） 他勵直流電動機 圖（b） 并勵直流電動機 圖（c） 串勵直流電動機 圖（d） 復(fù)勵直流電動機圖3-1直流電動機的四種類型4 他勵直流電動機的起動4.1 直接起動 直接起動是指接通勵磁電源后，將電動機的電樞直接投入額定電壓的電源上起動。直接起動又稱為全壓起動。由于起動瞬間，轉(zhuǎn)速等于零，電樞繞組的感應(yīng)電動勢 （4-1）則起動電流為 （4-2）由于電樞繞組的電阻Ra很小，所以起動電流很大，可達到額定電流的十幾倍。該電流對電網(wǎng)的沖擊很大。因而，除了小容量電機可采用直接起動外，對大中、容量的電動

12、機不能直接起動。4.2 降電壓起動降低電樞電壓起動，即起動前將施加在電動機電樞兩端的電源電壓降低，以減小起動電流 ，電動機起動后，再逐漸提高電源電壓，使起動電磁轉(zhuǎn)矩維持在一定數(shù)值，保證電動機按需要的加速度升速。這種起動方法需要專用電源，投資較大，但起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩容易控制，起動平穩(wěn)，起動能耗小，是一種較好的起動方法。 4.3 電樞串電阻起動在實際中，如果能夠做到適當選用各級起動電阻，那么串電阻起動由于其起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟和可靠，同時可以中道平滑快速情動，因而得到廣泛應(yīng)用。但對于不同類型和規(guī)格的直流電動機，對起動電阻的級數(shù)要求也不盡相同。下面所示直流他勵電動機電樞電路串電阻二級起動為例說明起

13、動過程。起動過程分析：如圖4-1（a）所示，當電動機已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U。觸點KM1、KM2均斷開，電樞傳入了全部附加電阻Rk1+Rk2電樞回路總電阻為Ral=ra+Rk1+Rk2。這時起動電流為： （4-3）與起動電流所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為T1。對應(yīng)于由電阻所確定的人為機械特性如圖4-1（b）圖2-3光控開關(guān)電路中的曲線1所示。圖表41 直流他勵電動機分二級起動的電路和特性根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的基本運動方程： （4-4）式中： T 電動機的電磁轉(zhuǎn)矩； TL 由負載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩； Jdw/dt -電動機轉(zhuǎn)矩克服負載轉(zhuǎn)矩后所產(chǎn)生的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。由于起動轉(zhuǎn)矩T1大于負載轉(zhuǎn)矩TL,電動機收到

14、加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)矩有零逐漸上升，電動機開始起動。在圖4-1（b）中，由a點沿著曲線1上升，反電動勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動機的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點時，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點KM1閉合，切除一段起動電阻Rk1后，b點所對應(yīng)的電樞電流I2成為切換電流，其對應(yīng)的電動機的轉(zhuǎn)矩T2成為切換轉(zhuǎn)矩。切除RK1后 ,電樞回路總電阻為Ra2=ra+Rk2。這時電動機對應(yīng)于由電阻Ra2確定的人為機械特性。在切除起動電阻RK1的瞬間，由于慣性電動機的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動勢轉(zhuǎn)矩也突增。適當?shù)倪x擇切除的電阻值Rk1，使切除Rk1后的電

15、樞電流剛好等于I1,所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2，即在曲線2上的c點。又有T1>T2,電動機在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點沿曲線2上升到d點?？刂泣cKM2閉合，又切除一切起動電阻Rk2。同理，由d點過度到e點，而且e點正好在固定的機械特性上。電樞電流又由I2突增到I1相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1>T2，沿固有特性加速到g點T=TL，n=ng電動機穩(wěn)定運行，起動過程結(jié)束。在分級起動過程中，各級的最大電流I1（或者相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2）及切換電流I2（或者與之對應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T2）都是不變的，這樣，使得起動過程中有均勻的加速。要滿足以上電樞回路串接電阻分級起動的要求，前提是選擇合適的各級起動電阻

16、。5 他勵直流電動機電樞串電阻起動設(shè)計一臺Z4系列他勵直流電動機，PN=2500W，UaN=330V,IaN=10.5A,Ra=2.25,采用電樞電路串電阻起動。1、選擇起動電流I1I1=（1.52.0）IN=（1.52.0）×10.5A=(15.7521.00)A選擇I1=20A2、求出電動機的電樞電路的電阻Ra=(330-2500/10.5)/10.5=8.753、求出起動時電樞電路的電阻Ram=330/20=16.5 4、求出起切電流比 5、求出I2校驗I2 I2在規(guī)定范圍之內(nèi)6、求出各級總電阻7、求出各級起動電阻 6 結(jié)論他勵直流電動機串電阻起動計算方法：1 選擇起動電流I1

17、和切換電流I2起動電流為I1=（1.52.0）IN 切換電流為I2=（1.11.2）IN對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩T2=（1.11.2）IN2 求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比3 求出電動機的電樞電路電阻ra4 求出起動時的電樞總電阻Rm5 求出起動級數(shù)m6 重新計算，校驗I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)若m是取相近整數(shù)，則需重新計算I2 再根據(jù)得出的重新求出I2，并校驗I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大起動級數(shù)m重新計算和I2，直到符合要求為止。 7 求出各級總電阻 8 求出各級起動電阻電樞回路串電阻起動方法比較簡單，經(jīng)濟和可靠，同時可做到平滑快速起動。缺點就是起動條件非常嚴格。降壓起動平穩(wěn)，起動過程能量損耗小，

18、容易實現(xiàn)自動化。降壓起動的缺點就是初期投資大，起動設(shè)備復(fù)雜，要求有單獨的可調(diào)壓直流電源。7 心得體會通過本次課程設(shè)計，使我對電機與拖動這門課程有了更深入的理解。電機與拖動是一門實踐性較強的課程，為了學(xué)好這門課程，必須在掌握理論知識的同時，加強上機實踐。在這次課程設(shè)計中學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺。一個人的力量是有限的，要想把課程設(shè)計做的更好，就要學(xué)會參考一定的資料，吸取別人的經(jīng)驗，讓自己和別人的思想有機的結(jié)合起來，得出屬于你自己的靈感。做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個部分的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程