直流電動機串聯(lián)電阻啟動

1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 直流電動機的基本工作原理2 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 直流電動機的分類2 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 直流電動機特點3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 他勵直流電動機3他勵直流電動機的機械特性3機械特性方程式3固有機械特性與人為機械特性4他勵直流電動機的起動 5電樞回路串電阻起動5啟動過程分析6起動電阻的計算7計算分

2、級啟動電阻9設(shè)計方案9 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 心得及體會10 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document 參考文獻10直流電動機串電阻起動一、直流電動機的基本工作原理圖1是一臺最簡單的直流電動機的模型，N和S是一對固定的磁極（一般是電磁鐵，也 可以是永久磁鐵）。磁極之間有一個可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，稱為電樞鐵心。鐵心表面固定 一個用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個弧形銅片上， 弧形銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向器。在換向器上放置固定不動而與換向片滑動 接

3、觸的電刷A和B，線圈abcd通過換向器和電刷接通外電路。電樞鐵心、電樞線圈和換向 器構(gòu)成的整體稱為電樞。如果將電源正負極分別接電刷A和B,則線圈abcd中流過電流。在導(dǎo)體ab中，電流由a 流向b，在導(dǎo)體cd中，電流由c流向d，如圖（a）所示。載流導(dǎo)體ab和cd均處于N和S 極之間的磁場當(dāng)中，受到的電磁力的作用。用左手定則可知，載流導(dǎo)體ab受到的電磁力F 的方向是向左的，力圖使電樞逆時針方向運動，載流導(dǎo)體cd受到的電磁力F的方向是向右 的，也是力圖使電樞逆時針方向運動，這一對電磁力形成一個轉(zhuǎn)矩即電磁轉(zhuǎn)矩T，其方向 為逆時針方向，使整個電樞沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180 ,導(dǎo)體cd轉(zhuǎn)到N極下，

4、 ab轉(zhuǎn)到S極上，如圖（b）所示。由于電流仍從電刷A流入，使cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c， 而ab中的電流由b流向a，再從電刷B流出。用左手定則判別可知，導(dǎo)體cd受到的電磁力 的方向是向左的，ab受到的電磁力的方向是向右的，因而電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍是逆時針方向 使電樞沿逆時針方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)電樞在轉(zhuǎn)過180，就又回到圖（a）所示的情況。這就 是直流電動機的基本工作原理。（3）1（3）1圖1.直流電動機的基本工作原理二、直流電動機的分類直流電動機因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)勵磁方式的不同， 直流電動機可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)勵直流電動機四類。三、直

5、流電動機特點（一）調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據(jù)需要，人 為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而 且調(diào)速范圍較寬。（二）起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求 均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機 拖動。四、他勵直流電動機他勵直流電動機由勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電。在勵磁電壓 Uf的作用下，勵磁繞組中通過勵磁電流If，從而產(chǎn)生主磁極磁通祖。在電樞電壓Ua的作用 下，電樞繞組中通過電樞電流Ia。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生機械

6、以某一轉(zhuǎn)速n運轉(zhuǎn)。電 樞旋轉(zhuǎn)時，切割磁感線產(chǎn)生電動勢E.電動勢的方向與電樞電流的方向相反。他勵直流電動機的機械特性他勵直流電動機的機械特性定義為：直流電動機的電樞電壓U為常數(shù)，勵磁電流If為 常數(shù)，電樞回路電阻Ra+RQ為常數(shù)時，電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系， 即n=f（T）。他勵直流電動機電路原理圖如圖2所示。圖3.他勵直流電動機的機械特性圖3.他勵直流電動機的機械特性圖2.他勵直流電動機電路原理圖電樞感應(yīng)電動勢Ea= Cen電磁轉(zhuǎn)矩T = CTIa電樞電路電壓平衡方程：U = Ea + IaR電動機轉(zhuǎn)速特性方程：n =上理ce中 T由電磁轉(zhuǎn)矩方程可得到/ =，代入轉(zhuǎn)速特性方

7、程式中，就得到電動機機械特性方程式: a CT中式中：R = Ra + Rq。R均為常數(shù)，機械特性是一條向下傾斜的直線，如圖3所示。n = n - Tn = n。- An由式（1由式（1）可知，P越大，An越大，機械特性曲線越斜，稱之為軟特性；反之將小、An小的特性稱硬特性。固有機械特性與人為機械特性當(dāng)電樞上加額定電壓、氣隙每極磁通為額定磁通、電樞回路不串任何電阻時的機械特性 稱為他勵直流電動機的固有機械特性。人為地改變電動機的參數(shù)，如改變電壓U、改變磁電流If （即改變磁通）、電樞回路 串電阻所得到的機械特性稱為人為機械特性。電樞回路串電阻使斜率B增大，特性曲線變軟，但理想空載轉(zhuǎn)速不變，所以

8、人為機械特 性為一簇經(jīng)過理想空載轉(zhuǎn)速點的放射性直線，如圖變電壓時的人為特性是一組平行直線，如上中圖;弱磁時的人為特性如上右圖。A固有I A Vi心人為o圖4電樞串電阻時的人為特性A固有I A Vi心人為o圖4電樞串電阻時的人為特性ITUr,固有人為圖5變電壓時的人為特性X固有OT圖6弱磁時的人為特性他勵直流電動機的起動電動機的起動是指電機合上電源后，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到所要求的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時的過程。起 動時把電動機電樞直接加上額定電壓是不允許的，因為在起動前，電機轉(zhuǎn)速為零，由電樞電 勢公式可知，Ea也為零，電樞繞組電阻Ra又很小，若此時加上額定電壓，會引起過大的起 動電流】s，Zs =氣/Ra，其值可

9、達額定值的1020倍。這樣大的啟動電流會產(chǎn)生強烈火 花，甚至燒毀換向器；還會加劇電網(wǎng)電壓的波動，影響同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常運行，甚 至可能引起電源開關(guān)跳閘。為限制起動時過大的起動電流，一般采用降低壓起動和電樞回路串電阻起動兩種方法。電樞回路串電阻起動電樞回路串接電阻，啟動電流為Is=Un/Ra+R，負載轉(zhuǎn)矩TL可知，啟動過程中要求電動 機的電磁轉(zhuǎn)矩必須大于負載轉(zhuǎn)矩，即ttl。根據(jù)要求，可確定串接電阻的大小，這樣有了加 速轉(zhuǎn)矩后才能使系統(tǒng)啟動，而加速轉(zhuǎn)矩的大小又必須滿足生產(chǎn)工藝對加速度的要求。因此他 勵直流電動機啟動時，必須有足夠大的負載轉(zhuǎn)矩，又不使啟動電流過大，使電動機在滿足生 產(chǎn)工藝要求的

10、前提下安全啟動，但隨著轉(zhuǎn)速的升高，應(yīng)逐級切除電阻，否則電樞回路長期串 接較大電阻，將引起較大的能量損耗。額定功率較小的電動機可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動變阻器的方法起動。起動前先把起 動變阻器調(diào)到最大值，加上勵磁電壓Uf，保持勵磁電流為額定值不變。再接通電樞電源， 電機開始起動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除。額定功率較大的電動機一般采用分級起動的方法以保證起動過程中既有比較大的起動 轉(zhuǎn)矩，又使起動電流不會超過允許值?，F(xiàn)以兩級起動為例來說明起步驟和起動過程。下面以直流他勵電動機電樞回路串聯(lián)電阻二級起動為例說明起動過程。啟動過程分析如圖4 (a)所示，當(dāng)電動機已有磁場時，給

11、電樞電路加電源電壓U。觸點KM1、KM2 均斷開，電樞串入了全部附加電阻RK1+RK2 ,電樞回路總電阻為Ral = ra+RK1 +RK2。這是啟動電 流為與起動電流所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為L。對應(yīng)于由電阻所確定的人為機械特性如圖4(b)中的曲 線1所示。(a)電路圖(b)特性圖圖4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)的基本運動方程式t-t-Tl=J如dt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；j華一一電動機轉(zhuǎn)矩克服負載轉(zhuǎn)矩后所產(chǎn)生的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。dt由于起動轉(zhuǎn)矩t1大于負載轉(zhuǎn)矩tl，電動機受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升， 電動機開始起動。在圖4(b)上，由a點沿曲

12、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。b點所對應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流，其對應(yīng)的 電動機的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(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所確定的人為機械特性，見圖4(b)中曲線2。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，其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng) 的電動機轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值rk1，使切除rk1后的電樞電流剛好等于 I1，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2,即在曲線2上

13、的C點。又有T1T2，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RK2o同理，由d點過度 到。點，而且e點正好在固有機械特性上。電樞電流又由I2突增到L，相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)矩由 T2突增到T。T1 Tl，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I（或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2）及切換電流12（或與之相應(yīng) 的切換轉(zhuǎn)矩T2）都是不變的，這樣，使得起動過程有較均勻的加速。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。下面 討論應(yīng)該如何計算起動電阻。（2）起動電阻的計算在圖4（b）中

14、，對a點，有UIi=瓦alU即R戶a111當(dāng)從曲線1（對應(yīng)于電樞電路總電阻Ra1=ra+ RK +RK2）轉(zhuǎn)換得到曲線2（對應(yīng)于總電阻 Ra2=ra+RK2 ）時，亦即從點轉(zhuǎn)換到點時，由于切除電阻Rk進行很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc，即電動勢Eb=Ec,這樣在點有U uI =b2 R. al在c點U UI產(chǎn)c1 R, a 2兩式相除，考慮到Eb=Ec，得= RiRa 2同樣，當(dāng)從d點轉(zhuǎn)換到e點時，得 =里 12一這樣，如圖4所示的一級起動時，得Li = Ra1_ 里12Ra2，a推廣到m級起動的一般情況，得11 Ra11 Ra1 p =IRa 2R.a 2Ra (m 一 1)Ram

15、am式中人為最大起動電流I1與切換電流I2之比，稱為起動電流比（或起動轉(zhuǎn)矩比），它等于相鄰 兩級電樞回路總電阻之比。由此可以推出al式中m為起動級數(shù)。由上式得P = P = m如給定人，求m,可將式Ra1= p m取對數(shù)得 r algf m= r lg plg由式P =各=Ral由式P =各=RalI 2Ra 2raRamraRa1= P Ra2Ra2= P Ra2= P Ra3=P m-1raRa(m-1)= P Ram= P aRam= P ra各級啟動電阻為RK1=Ra1-Ra2RK2=Ra2-Ra3RK3=Ra3-Ra4:RK(m-1)-R a(m-1)amRKm=Ram-r a起動最

16、大電流I1及切換電流I2按生產(chǎn)機械的工藝要求確定，一般I=(1.52.0)I N【2=(11.2)1 N及電動機相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩T =(1.52.0)1 n丁2=(1.1 1.2)1 n計算分級啟動電阻，有兩種情況：1、啟動級數(shù)m未定，初選0R = 6求m,取成整數(shù)m計算0值一計算各a ma級電阻或分?jǐn)嚯娮琛?、啟動級數(shù)m已定，選定I】一 Rm= 計算6值一計算各級電阻或分級電阻。1設(shè)計方案選擇啟動電流I和切換電流弓L=(1.5 2.0)1 aN=(L5 2) X497 A =(745.5 994)A【2=(1.5 1.2)1 aN=(lL2) X 497 A =(546.7 596.4) A選擇

17、l=840 A,【2=560 Ao求出起切電流比PJP = =1.51 2求出啟動時電樞電路的總電阻R.ma IQR =4=0.524。am J1 1求出啟動級數(shù)m(R )I p- am r )m= =4.76IgP取m=5重新計算 ，校驗弓n RP =1=1.47 raI尸一 =571 A2 P匕在規(guī)定范圍之內(nèi)。求出各級總電阻R5= p 5ra=1.475 x 0.076 =0.52 R4= p 4ra =1.474 x 0.076 =0.35 R3= P 3ra=1.473 x 0.076 =0.24 R2= P 2ra=1.472 x 0.076 =0.16 R1= P ra=1.47 x 0.076 =0.11 R0=Ra=0.076 Q求出各級啟動電阻Rst1=R1-R0=(0.11-0.076) Q =0.034 QRst2=R2-R1=(0.16-0.11) Q =0.05 QRst3=R3-R2=(0.24-0.16) Q =0.08 QRst4=R4-R3=(0.35-0.24) Q =0.11 QRst5=R5-R4=(0.52-0.35) Q =0.27 Q心得及