直流電動機能耗制動設計——電機與拖動課程設計

1、直流電動機能耗制動設計電機與拖動課程設計 陜西國際商貿(mào)學院 電子與信息工程系 名 稱 電機與拖動課程設計 題 目直流電動機能耗制動設計 專 業(yè)電子科學與技術(shù) 班 級電 子B1001 學生姓名陳 松 指導教師石 彩 玲 提交日期 2013年 6 月 17日 摘要 本次課程設計的主題是他勵直流電動機的制動。文章首先介紹了他勵直流電動機的工作方式,在此只是大略講解,是為后面電動機制動作鋪墊。先做好基礎理論知識的講解。 重點在于他勵直流電動機的制動,在此我們小組分兩種情況來討論制動的情況:迅速停機和下放重物。 我們主要以兩種方式講解:圖示法和公式法。在圖示上直觀的解釋了他勵直流電動機的停機過程,講解了

2、在不同的階段,電動機的工作特性曲線的變動,在關(guān)鍵點的電動機的瞬時態(tài)講解。在公式法中,我們將嚴格依據(jù)電動的工作特性曲線來討論不同時態(tài)的變動,并且最重要的是在公式法中我們討論了Rb的電阻要求,并講解了為什么必須要串入電阻Rb。在下放重物的過程中方式同迅速停機一致,重點放在反向啟動后,電動機的運行情況。并且運用之前所介紹的基礎知識來講解T,TL,To之間的關(guān)系。 最后,我們列寫了一些實驗中的數(shù)據(jù),其中一些存在相對較大的誤差,那是因為一些偶爾的人為因素,和環(huán)境因素造成的。關(guān)鍵字:制動;迅速停機;下放重物;電阻 目錄綜述?11 直流電動機的基本機構(gòu)和工作原理?22 制動方法和制動過程?32.1能耗制動之

3、迅速停機?32.1.1迅速停機之機械特性?32.1.2迅速停機之狀態(tài)分析?42.2能耗制動之下放重物?52.2.1下放重物之機械特性?52.2.2下放重物之狀態(tài)分析?63 參數(shù)設定和計算?84 結(jié)論?95 參考文獻?10 綜述能耗制動是一種制動形式。又分為直流電機的能耗制動和交流電機的能耗制動。他勵直流電機的能耗制動:電動機在電動狀態(tài)運行時若把外施電樞電壓U突然降為零,而將電樞串接一個附加電阻R,即將電樞兩端從電網(wǎng)斷開,并迅速接到一個適當?shù)碾娮枭?。電動機處于發(fā)電機運行狀態(tài),將轉(zhuǎn)動部分的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電阻上。隨著動能的消耗,轉(zhuǎn)速下降,制動轉(zhuǎn)矩也越來越小,因此這種制動方法在轉(zhuǎn)速還比較高時制動

4、作用比較大,隨著轉(zhuǎn)速的下降,制動作用也隨著減小。 能耗制動又分兩種,分別用于不同場合:迅速停機和下放重物。若電動機拖動的是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載,則通過迅速停機的方法進行能耗制動,若拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載,則通過下放重物進行能耗制動。 能耗制動是一種常見的制動方法,廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)中,有優(yōu)點同時也存在著缺點,在這份課程設計中,我們將會仔細分析能耗制動是怎么實現(xiàn)的,使得我們更好的了解和利用它,同時盡最大努力提出改進。 一、設計題目 直流電動機能耗制動設計二、設計任務 1、說明直流電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理; 2、說明直流電動機的制動方法和制動過程; 3、選擇能耗制動方式,按給定參數(shù)計算制動電阻值。三、

5、設計要求 1、設計工作量為按要求完成設計說明書一份; 2、設計必須根據(jù)計劃完成; 3、設計說明書必須經(jīng)指導教師審查。1 直流電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 直流電動機可分為兩部分:定子與轉(zhuǎn)子。其中定子包括:主磁極,機座,換向極,電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括:電樞鐵芯,電樞繞組,換向器,軸和風扇等。 如下圖所示:圖2-1(1)定子 定子就是發(fā)動機中固定不動的部分,它主要由主磁極、機座和電刷裝置組成。主磁極是由主磁極鐵芯(極心和極掌)和勵磁繞組組成,其作用是用來產(chǎn)生磁場。極心上放置勵磁繞組,極掌的作用是使電動機空氣隙中磁感應強度分配最為合理,并用來阻擋勵磁繞組。主磁極用硅鋼片疊成,固定在機座上。機座也是磁路的

6、一部分,常用鑄鋼制成。電刷是引入電流的裝置,其位置固定不變。它與轉(zhuǎn)動的交換器作滑動連接,將外加的直流電流引入電樞繞組中,使其轉(zhuǎn)化為交流電流。 直流電動機的磁場是一個恒定不變的磁場,是由勵志繞組中的直流電流形成的磁場方向和勵磁電流的關(guān)系確定。在微型直流電動機中,也有用永久磁鐵作磁極的。 (2)轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是電動機的轉(zhuǎn)動部分,主要由電樞和換向器組成。電樞是電動機中產(chǎn)生感應電動勢的部分,主要包括電樞鐵芯和電樞饒組。電樞鐵芯成圓柱形,由硅鋼片疊成,表面沖有槽,槽中放電樞繞組。通有電流的電樞繞組在磁場中受到電磁力矩的作用,驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),起了能量轉(zhuǎn)換的樞紐作用,故稱“電樞”。 換向器又稱整流子,是直流電動機

7、的一種特殊裝置。它是由楔形銅片疊成,片間用云母墊片絕緣。換向片嵌放在套筒上,用壓圈固定后成為換向器再壓裝,在轉(zhuǎn)軸上電樞繞組的導線按一定的規(guī)則焊接在換向片突出的叉口中。 在換向器表面用彈簧壓著固定的電刷,使轉(zhuǎn)動的電樞繞組得以同外電路連接起來,并實現(xiàn)將外部直流電流轉(zhuǎn)化為電樞繞組內(nèi)的交流電流。2 制動方法和制動過程 直流電動機的制動方式有多種:能耗制動、反接制動和回饋制動。在此我們選擇的研究方向是能耗制動。 直流電動機開始制動后,電動機的轉(zhuǎn)速從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速到零或反向一個轉(zhuǎn)速值(下放重物的情況)的過程稱為制動過程。對于電動機來講,我們有時候希望它能迅速制動,停止下來,如在精密儀器的制動過程中,液晶顯示屏幕

8、的切割等等,但有的時候我們卻希望電機能夠慢慢地停下來,利用慣性來工作。于是,直流電動機能耗制動又分為迅速停機和下放重物兩種方式。 如圖2-1-1所示,制動之前,轉(zhuǎn)速n不為零,甚至相對較大,電動機平穩(wěn)的運行。此時直流電動機的反電動勢ECe*n存在甚至在某些場合很大,由于電樞電阻Ra較小,Ia(U-E)/Ra。當我們開始制動瞬間,電動機系統(tǒng)因為慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn),n的方向不變,由于磁場方向不變,故E的方向也不變。由于電源被瞬間切除,此時相對于之前正常運轉(zhuǎn)狀態(tài),電流方向Ia改變,而磁場方向不變,使得T反向成為制動轉(zhuǎn)矩。此時電動的轉(zhuǎn)速就迅速下降至零(在T和TL的共同作用下)。當n0時,E0;Ia0;制動轉(zhuǎn)矩

9、和負載轉(zhuǎn)矩都消失,電動機自動停機。圖2-1-1 上述過程我們也可以用公式來說明,電動狀態(tài)時,如圖2-1-2: 圖2-1-1 能耗制動時,如圖2-1-2: 圖2-1-2 Ua0,電樞回路中又增加制動電阻Rb. n與T關(guān)系如下: n -Ra+Rb*T/CE*CT* 那么為什么要串入電阻Rb呢?如果沒有Rb,在制動的瞬間,E的大小不變ECe*n,一般情況E的值較大,那么此時的電流將會很大,很可能超出電樞回路電流的最大允許值Ia,所以我們一般在迅速停機制動的同時,也串入一個電阻,并且這個電阻值有要求: IabE/Ra+Rb Ia式中,EaEb,是工作于b點和a點時的電動勢。由此求得: RbEb/Ia-

10、Ra 如圖2-2-1,如果電動機位能性很轉(zhuǎn)矩負載。制動前,系統(tǒng)工作在機械特性1與負載特性3的交點a上,電動機以一定的速度提升重物。在需要穩(wěn)定下放重物時,速度不會突變,則由a點移動b點,此時電動機處于能耗制動狀態(tài),此時由b點移動到O點,這個過程與能耗制動的迅速停機過程情況一樣。但此時電動機不會停止不動而是,在負載轉(zhuǎn)矩的作用下,電動機反轉(zhuǎn),即反向啟動,工作點開始在第四象限繼續(xù)下移,此時n反向,Ia又回到正向,那么T依舊提供向上拉力,TL不變,則當下降速度越來越大,E(正向)也越來越大(ECe*n),Ia也越來越大,T也越來越大(TCT*Ia),最終在c點處達到平衡。這是能耗制動下放重物的過程。 能

11、耗制動運行與能耗制動過程相比,由于n反向,引起E反向,使得Ia與最初的上升時方向相同,T也同樣。下圖是能耗制動過程中,n0,T0;在能耗制動運行時,n0,T0的情況。 圖2-2-1 能耗制動的運行過程也可以用公式來說明。如圖2-2-2: 圖2-2-2 n與T關(guān)系如下: n -Ra+Rb*T/CE*CT* 當平衡的時候,如圖2-2-3: 圖2-2-3TTL,則可以得出: n Ra+Rb*TL /CE*CT* 同樣,能耗制動運行的效果與制動電阻Rb的大小有關(guān),Rb小,特性2 的斜率小,轉(zhuǎn)速小,下放重物慢Rb在滿足要求內(nèi)。那么在c點時: Ra+RbEc/Iac CE*CT*n/TL-To下放重物時,

12、To和TL方向相反,與T方向相同,故T TL-To.可見,若要以轉(zhuǎn)速下放負載轉(zhuǎn)矩為TL的重物時,制動電阻應為: RbCe*CT*n/TL-To- Ra如果我們忽略了To,則: Rb CE*CT*n/TL- Ra.3 參數(shù)設定和計算 我們選定一臺他勵電動機,其中Pn22kW,Uan440V,Ian65.3A,Nn600r/min.Ia2Ian,To忽略不計。 在拖動TL0.8Tn的反抗性橫轉(zhuǎn)矩負載,采用能耗制動實現(xiàn)迅速停機,電樞電路中應串入的制動電阻為Rb1;在拖動TL0.8Tn的位能性橫轉(zhuǎn)矩負載,采用能耗制動以n300r/min恒速下放重物,電樞電路中應串入的制動電阻為Rb2。則他們應滿足下面表格。迅速停機:電機給定參數(shù)中間參數(shù)迅速停機PNkWUaNVIaNAnNr/minIaATLN?mRaEVCECTIaAEbVRb2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.37表3-1下放重物:電機給定參數(shù)中間參數(shù)下放重物PNkWUaNVIaNAnNr/minIaA nr/minRaEVCECTTLN?mRb表3-2結(jié)論 直流電動機的制動方式有多種,本課程設計的研究方向是能耗制動,根據(jù)制動要求和條件的不同能耗制動又分為迅速停機和下放重物,并以他勵直流電動機為例進行分析。 首先,本設計先介紹了直流電動機的結(jié)構(gòu)組成和工作原理,文字說