直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)： 審定成績(jī)： 重 慶 郵 電 大 學(xué) 移 通 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)學(xué) 校： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 學(xué) 生 姓 名： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、 設(shè)計(jì)題目直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)二、 設(shè)計(jì)任務(wù)某工廠有一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，已知參數(shù)如下：三、設(shè)計(jì)計(jì)劃電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)6天內(nèi)完成。前三天查找并收集相關(guān)資料，之后兩到3天總結(jié)并整理設(shè)計(jì)的內(nèi)容，最后1天系統(tǒng)的進(jìn)行相關(guān)課題的設(shè)計(jì)，反映到書(shū)面上來(lái)。三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 設(shè)計(jì)包含直流電動(dòng)機(jī)工作原理；2、 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分析說(shuō)明；3、

2、 分析說(shuō)明直流電機(jī)串電阻啟動(dòng)適用場(chǎng)合；4、 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法，詳細(xì)說(shuō)明串電阻啟動(dòng)（包含啟動(dòng)過(guò)程分析）；5、 串電阻啟動(dòng)方案分析設(shè)計(jì)計(jì)算四、 設(shè)計(jì)要求1、 設(shè)計(jì)工作量是按要求完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；2、 設(shè)計(jì)參數(shù)：學(xué)號(hào)20 ：I1=2.0 IN，I2=1.2 IN; I1啟動(dòng)電流，I2為切換電流3、 計(jì)算出合理的啟動(dòng)級(jí)數(shù)m;4、 設(shè)計(jì)求解出各級(jí)串入的電阻值；5、 設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃按期完成；6、 結(jié)論7、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)必須經(jīng)指導(dǎo)老師審查簽字。 指導(dǎo)教師： 時(shí) 間： 2013.12.5摘要直流電動(dòng)機(jī)是人類(lèi)最早發(fā)明的一種電機(jī)。直流電機(jī)可作為電動(dòng)機(jī)用，也可作為發(fā)電機(jī)用。滯留電動(dòng)機(jī)是將直流電轉(zhuǎn)換成機(jī)械

3、能的而帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的電器設(shè)備。與交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)因結(jié)果復(fù)雜，維護(hù)困難，價(jià)格較貴等卻點(diǎn)制約了它的發(fā)展，但是它具有良好的啟動(dòng)，調(diào)速和制動(dòng)性能，因此在速度調(diào)節(jié)要求較高，正反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)頻繁或多個(gè)單元同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍廣泛采用直流電動(dòng)機(jī)拖地。在工業(yè)領(lǐng)域中直流電動(dòng)機(jī)仍占有一席之地。因此有必要了解直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。關(guān)鍵詞直流電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng) 運(yùn)轉(zhuǎn)特性 制動(dòng)性能目錄前言 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，電動(dòng)勢(shì)E=0，由電樞電流方程式（1）可知，啟動(dòng)電流如式（2）所示。在額定電壓下直接啟動(dòng)時(shí)，由于Ra很小，Is很大，一般可達(dá)電樞電流額定的倍。這樣打的電流是換向所不允許的。同時(shí)由式（3

4、）可知，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的倍。雖然啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大可以使電機(jī)加速快，但是過(guò)大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)使電動(dòng)機(jī)和它所拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械遭受突然的巨大沖擊，以致?lián)p壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械。由此可見(jiàn)，除了額定功率在數(shù)百瓦以下的微型直流電動(dòng)機(jī)，因電樞繞組導(dǎo)線細(xì)、電樞電阻Ra大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量又比較小，可以直接啟動(dòng)外，一般的直流電動(dòng)機(jī)是不允許采用直接啟動(dòng)。 （1） （2） （3） 因此，必須將啟動(dòng)電流限制在運(yùn)行范圍之內(nèi)。由式（2）可以看出，方法有兩個(gè)：降低電樞電壓和增加電樞電阻Ra。第1章1.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理由于電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)。電刷上不加直流電

5、壓，用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞使之逆時(shí)針?lè)较蚝闼俎D(zhuǎn)動(dòng)，線圈兩邊就分別切割不同極性磁極下的磁力線，而在其中感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)方向按右手定則確定。這種電磁情況表示在圖上。由于電樞連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，因此，必須使載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受到線圈邊ab和cd交替地切割N極和S極下的磁力線，雖然每個(gè)線圈邊和整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是交變的線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是一種交變電動(dòng)勢(shì)，而在電刷A，B端的電動(dòng)勢(shì)卻為直流電動(dòng)勢(shì)(說(shuō)得確切一些，是一種方向不變的脈振電動(dòng)勢(shì))。因?yàn)?，電樞在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，無(wú)論電樞轉(zhuǎn)到什么位置，由于換向器配合電刷的換向作用，電刷A通過(guò)換向片所引出的電動(dòng)勢(shì)始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動(dòng)勢(shì)，因此，電刷A始終有正

6、極性。同樣道理，電刷B始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動(dòng)勢(shì)。如每極下的線圈數(shù)增多，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。同時(shí)也說(shuō)明子直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。 從基本電磁情況來(lái)看，一臺(tái)直流電機(jī)原則上既可工作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是約束的條件不同而已。在直流電機(jī)的兩電刷端上，加上直流電壓，將電能輸入電樞，機(jī)械能從電機(jī)軸上輸出，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)，如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞，而電刷上不加直流電壓，則電刷端可以引出直流電動(dòng)勢(shì)作為直流電源，可輸出電能，電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而成為發(fā)電機(jī)。同

7、一臺(tái)電機(jī)，能作電動(dòng)機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的這種原理在電機(jī)理論中稱(chēng)為可逆原理。 第2章2.1直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類(lèi)型2.1.1他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱(chēng)為他勵(lì)直流電機(jī)，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動(dòng)機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。2.1.2并勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖（b）所示。作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是電機(jī)本身發(fā)出來(lái)的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。2.1.3串勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)

8、直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。2.1.4復(fù)勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，接線如圖（d）所示。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。第3章3.1電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能的主要表現(xiàn)，它與負(fù)載的機(jī)械特性，運(yùn)動(dòng)方程式相聯(lián)系，將決定拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及過(guò)渡過(guò)程的工作情況。    機(jī)械特性中的是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩是不同的，其間差一空載轉(zhuǎn)矩，即：  

9、0;  在一般情況下，因?yàn)榭蛰d轉(zhuǎn)矩相比或很小，所以在一般的工程計(jì)算中可以略去，即：    已知直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為    式中為電樞回路總電阻，包括及電樞回路串聯(lián)電阻，為理想空載轉(zhuǎn)速記為，記為，為機(jī)械特性的斜率。    當(dāng)， ，電樞回路沒(méi)有串電阻時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。當(dāng)改變或或電樞回路串電阻時(shí)，其機(jī)械特性的或?qū)⑾鄳?yīng)變化，此時(shí)稱(chēng)為直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。    若不計(jì)電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，其機(jī)械特性是一條橫跨I、II、IV象

10、限的直線。其中第I象限為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，其特點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向（轉(zhuǎn)速的方向）相同，第II、IV象限為制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。第4章4.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)4.1.1.增加電樞電阻起動(dòng)在實(shí)際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級(jí)起動(dòng)電阻，那么串電阻起動(dòng)由于其起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時(shí)可以做到平滑快速起動(dòng)，因而得到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于不同類(lèi)型和規(guī)格的直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)起動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)要求也不盡相同。下面僅以直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)為例說(shuō)明起動(dòng)過(guò)程。 1、啟動(dòng)過(guò)程分析如圖(a)所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)已有磁場(chǎng)時(shí)，給電樞電路加電源電壓U。觸點(diǎn)KM1、KM2均斷開(kāi),電樞串入了全部附加電阻RK1+RK2 ,電樞回路總

11、電阻為Ral=ra+RK1 +RK2。這是啟動(dòng)電流為 =與起動(dòng)電流所對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T(mén)1。對(duì)應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖(b)中的曲線1所示。 (a) 電路圖 (b) 特性圖 圖4 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)分二級(jí)起動(dòng)的電路和特性根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式 T-TL=J 式中 T電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩； TL由負(fù)載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩； J電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。在圖(b)上，由a點(diǎn)沿曲線1上升，反電動(dòng)勢(shì)亦隨之上升，電樞電流下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點(diǎn)時(shí)，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點(diǎn)K

12、M1閉合，切除一段起動(dòng)電阻RK1。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電樞電流I2稱(chēng)為切換電流，其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2稱(chēng)為切換轉(zhuǎn)矩。切除后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+。這時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于由電阻Ra2所確定的人為機(jī)械特性，見(jiàn)圖(b)中曲線2。在切除起動(dòng)電阻RK1的瞬間，由于慣性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動(dòng)勢(shì)亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值，使切除后的電樞電流剛好等于，所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T(mén)2，即在曲線2上的c點(diǎn)。又有T1>T2，電動(dòng)機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點(diǎn)沿曲線2上升到d點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)KM2閉合，又切除一切起動(dòng)電阻。同理，由d點(diǎn)過(guò)度到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固有機(jī)械特

13、性上。電樞電流又由I2突增到，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1> TL，沿固有特性加速到g點(diǎn)T=TL，n=ng電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。在分級(jí)起動(dòng)過(guò)程中，各級(jí)的最大電流I1(或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2)及切換電流 (或與之相應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T2)都是不變的，這樣，使得起動(dòng)過(guò)程有較均勻的加速。要滿足以上電樞回路串接電阻分級(jí)起動(dòng)的要求，前提是選擇合適的各級(jí)起動(dòng)電阻。下面討論應(yīng)該如何計(jì)算起動(dòng)電阻。 2、起動(dòng)電阻的計(jì)算 在圖(b)中，對(duì)a點(diǎn)，有=即 Ra1=當(dāng)從曲線1(對(duì)應(yīng)于電樞電路總電阻 Ra1=ra+)轉(zhuǎn)換得到曲線2(對(duì)應(yīng)于總電阻Ra2=ra+)時(shí)，亦即從點(diǎn)轉(zhuǎn)換到點(diǎn)時(shí)，由于切除電阻RK1進(jìn)行

14、很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc，即電動(dòng)勢(shì)Eb=Ec，這樣在點(diǎn)有=在c點(diǎn) =兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 同樣，當(dāng)從d點(diǎn)轉(zhuǎn)換到e點(diǎn)時(shí)，得 = 這樣，如圖4所示的二級(jí)起動(dòng)時(shí)，得 =推廣到m級(jí)起動(dòng)的一般情況，得=式中為最大起動(dòng)電流與切換電流之比，稱(chēng)為起動(dòng)電流比(或起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比)，它等于相鄰兩級(jí)電樞回路總電阻之比。由此可以推出 =式中m為起動(dòng)級(jí)數(shù)。由上式得 =如給定 ,求m,可將式=取對(duì)數(shù)得 m=由式=可得每級(jí)電樞回路總電阻進(jìn)而求出各級(jí)啟動(dòng)電阻為： =Ra1-Ra2 =Ra2-Ra3 =Ra3-Ra4 R(m-1)=R a(m-1)-Ram Rm=Ram-ra起動(dòng)最大電流及切換電流I2按生產(chǎn)

15、機(jī)械的工藝要求確定，一般 =(2.02.5) =(1.11.2) 第5章5.1直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)方案5.1.1選擇啟動(dòng)電流I1和切換電流I2=(22.5)=(22.5)×277=(554692.5)A=(1.11.2)=(1.11.2)×277=(304.7332.4)選擇=554，=332.45.1.2求出起切電流比=1.6675.1.3求出電動(dòng)機(jī)的電樞電路電阻Ra(取)5.1.4求出啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻RamRam=360/554=0.6505.1.5求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)m取m=45.1.6重新計(jì)算，校驗(yàn)=1.715=323.0在規(guī)定范圍之內(nèi)5.1.7求出各級(jí)總電阻

16、= =1.715*0.178=0.649=1.715*0.151=0.378= =1.715*0.129=0.221= =1.715*0.075=0.129= =0.0755.1.8求出各級(jí)啟動(dòng)電阻Rst1=-=(0.129-0.075)=0.054Rst2=-=(0.221-0.129)=0.1069Rst3=-=(0.378-0.221)=0.157Rst4=-=(0.649-0.378)=0.271結(jié)論根據(jù)以上的設(shè)計(jì)實(shí)踐，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)計(jì)算方法可歸結(jié)如下： 擇啟動(dòng)電流和切換電流 啟動(dòng)電流為對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 切換電流為 對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T； 求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比b； 求出電動(dòng)機(jī)的電

17、樞電路電阻； 求出啟動(dòng)時(shí)的電樞總電阻； 求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)m； 重新計(jì)算b，校驗(yàn)是否在規(guī)定范圍內(nèi)； 若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算； b 再根據(jù)得出的b重新求出，并校驗(yàn)是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若不 在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大啟動(dòng)級(jí)數(shù)m重新計(jì)算b和，直到符合要求為止。 出各級(jí)總電阻 求出各級(jí)啟動(dòng)電阻 這便是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)的大體思路與過(guò)程。心得與體會(huì)經(jīng)過(guò)為期一周的研究與設(shè)計(jì)，本次電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻起動(dòng)較為順利的完成。這是我自入學(xué)以來(lái)第一次進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，因此感觸頗深，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我深刻地體會(huì)到了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，還有必須要有一個(gè)正確的態(tài)度去面對(duì)設(shè)計(jì)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我更進(jìn)一步了解了直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其起動(dòng)過(guò)程，讓我深刻地了解到前人在科學(xué)研究上態(tài)度和方法，而且也讓我懂得任何的創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)都不是一時(shí)一刻可以得到的，必須具有深厚的知識(shí)功底，敏銳的洞察力才能告破事情的真