電機與拖動課程設(shè)計-- 他勵直流電動機串電阻啟動的設(shè)計

1、<p>　　課程設(shè)計名稱： 電機與拖動 </p><p>　　題 目： 他勵直流電動機串電阻啟動的設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè)：自動化</p><p><b>　　班 級： </b></p><p

2、><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　直流電動機的調(diào)速性能好等優(yōu)點，使得直流電動機得到廣泛的應(yīng)用。其中的他勵直流電動機勵磁繞組與電樞繞組不相關(guān)，從而使得它的機械特性很硬，調(diào)速

3、范圍寬。在對他勵直流電動機的串電阻啟動的設(shè)計過程中，關(guān)鍵在于根據(jù)電機的機械要求，求出啟動電流I1與切換電流I2之比β，進而求出啟動級數(shù)m和各級啟動電阻，最終完成對他勵直流電動機串電阻啟動的設(shè)計任務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：他勵直流電動機；啟動級數(shù)；各級啟動電阻；</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　直流電動機是將

4、電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。它具有調(diào)速性能好、啟動和制動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強等優(yōu)點，使得直流電動在國民生產(chǎn)過程中占據(jù)著不可取代的位置，因此廣泛應(yīng)用于啟動和調(diào)試要求高的機械上。例如軋鋼機床、電車、電氣軌道牽引、挖掘機械、紡織機械等。</p><p>　　直流電動機的性能與它的勵磁方式有密切關(guān)系。按照勵磁方式的不同，直流電動機可以分為：他勵直流電動、并勵直流電動機、串勵直流電動機和復(fù)勵直流電動。</p>&l

5、t;p>　　這里的他勵直流電動機是指，勵磁繞組與電樞繞組五了解關(guān)系，而由他勵直流電源對勵磁繞組供電的直流電動機。他勵直流電動機廣泛應(yīng)用于造紙、印刷、紡織和冶金等多種領(lǐng)域，調(diào)速范圍寬，機械特性硬的場合。</p><p>　　由于直接啟動時的啟動電流很大，考慮到電機的安全，往往不能直接啟動電動機。電機的啟動設(shè)計方案直接關(guān)系著電機的使用壽命。他勵直流電動的啟動方式有電樞回路串電阻啟動和降壓啟動。</p>

6、;<p>　　這里僅介紹電樞回路串電阻啟動設(shè)計方案的方法和具體步驟。</p><p>　　1 他勵直流電動機的機械特性介紹 </p><p>　　1.1他勵直流電動機的機械特性</p><p>　　已知他勵直流電動機的機械特性方程式為：</p><p>　　n=

7、 </p><p>　　公式中R為電樞總電阻，包

8、括Ra及電樞回路串聯(lián)電阻Ram,為理想空載轉(zhuǎn)速記為n0, 記為β，為機械特性的斜率。</p><p>　　當(dāng)U=UN，Φ=ΦN，電樞回路沒有串電阻是的機械特性稱為直流電動機的固有機械特性。當(dāng)改變U或者Φ或者電樞回路串電阻時，其機械特性的n0,或β將相應(yīng)變化，此時稱為直流電動機的人為機械特性。</p><p>　　若不計電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動機正向運行時，其機械特性是一條橫跨Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限的

9、直線。其中第Ⅰ象限為電動機運行狀態(tài)，其特點是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相同，第Ⅱ、Ⅳ象限為制動運行狀。</p><p>　　2 他勵直流電動機的串電阻啟動</p><p>　　在實際應(yīng)用中，由于串電阻啟動設(shè)備簡單、經(jīng)濟可靠，同時可以做到平滑快速啟動，因而得到廣泛應(yīng)用。但對于不同型號的的直流電動機，對啟動電阻的級數(shù)要求也不盡相同。</p><p>　　下面僅以他勵直流電

10、動機電樞串電阻啟動為例說明啟動過程。</p><p>　　2.1 啟動過程分析</p><p>　　如圖2-1所示，當(dāng)電機已有磁場時，給電樞電路加上電源U。觸點S1、S2均斷開，電樞串入了電阻R1+R2，電樞回路的總電阻為R=r+R1+R2。這時的啟動電流為：</p><p><b>　　I1=</b></p><p>

11、　　與啟動電流對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T1。對應(yīng)于有電阻所確定的人為機械特性如圖2-2中的曲線1所示。</p><p>　　圖2-1 圖2-2</p><p>　　由于啟動轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動機開始啟動。</p><p>　　由直流電機的基本方程可知：</p><p><b

12、>　　Ea=CeΦn;</b></p><p><b>　　Te=CtΦIa;</b></p><p><b>　　Ia=;</b></p><p>　　在圖2-2上，由a點沿曲線1上升，反電動勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動機的轉(zhuǎn)矩隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減少的。上升到b點時，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點S

13、1閉合，切除一段啟動電阻R1。b點所對應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流。切除R1后，電樞回路的總電阻為R=r+ R2。這時電動機對應(yīng)于由電阻R2所確定的人為機械特性曲線，見圖2-2，中曲線2。在切除R1的瞬間，由于電動機的慣性，電動機的轉(zhuǎn)速不變，其反電動勢也不變。由于電樞電流的突增，其相應(yīng)的電動機的轉(zhuǎn)矩也突增。恰當(dāng)?shù)倪x擇電阻，可以確保電樞電流和轉(zhuǎn)矩在設(shè)計的要求范圍之內(nèi)。又有Te>TL，電動機在加速轉(zhuǎn)矩的的作用下，由C點沿曲線2上升到d

14、點?？刂泣cS2閉合，切除所有的啟動電阻。同理，由d點過渡到e點，而且e點正好在固有特性曲線上。Te>TL沿固有特性曲線加速到g點Te=TL電動機穩(wěn)定運行，啟動過程結(jié)束。</p><p>　　在分級啟動的過程中，各級的最大電流及切換電流時不變的，這樣，使得啟動過程有較均勻的加速。</p><p>　　要滿足以上電樞回路串聯(lián)電阻分級啟動的要求，前提是選擇合適的各級啟動電阻一下套路應(yīng)該如何

15、計算啟動電阻。</p><p><b>　　2.2計算啟動電阻</b></p><p>　　在圖2-2中，對a點，有I1=</p><p>　　即 Ra1=</p><p>　　當(dāng)曲線1轉(zhuǎn)換到曲線2時，即從a點轉(zhuǎn)換到b點時，由于切除電阻時，轉(zhuǎn)速和反電動勢都保持不變，這樣在b點

16、有I2=</p><p>　　在c點 I1= </p><p>　　兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 </p><p>　　同樣，當(dāng)從d點轉(zhuǎn)換到點e時,得</p><p>　　這樣，如圖2-1所示的二級啟動時，得</p><p>　　推廣到m級的一般情況，得β==???=</p>

17、<p>　　式中的β為最大電流I1與切換電流I2之比，稱為啟動電流比，它等于相鄰兩級電樞回路總電阻之比。</p><p>　　由此可以推出 </p><p>　　式中的m為啟動級數(shù)。由上式得</p><p><b>　　亦有 </b></p><p>　　由式β==???=可得每級電樞回路

18、總電阻進而求出各級啟動電阻為：</p><p>　　R1=Ra1-Ra2</p><p>　　R2=Ra2-Ra3</p><p>　　R3=Ra3-Ra4 </p><p><b>　　?</b></p><p><b>　　?</b></p><p&g

19、t;<b>　　?</b></p><p>　　R(m-1)=Ra(m-1)-Ram </p><p><b>　　Rm=Ram-r</b></p><p>　　啟動最大電流I1及切換電流I2按生產(chǎn)機械的工藝要求確定，一般</p><p>　　I1=(1.5~2.0)IaN</p>&

20、lt;p>　　I2=(1.1~1.2) IaN</p><p>　　直流電動機電樞串電阻啟動設(shè)計方案</p><p>　　3.1選擇啟動電流I1和切換電流I2</p><p>　　I1=(1.5~2.0)IaN=(1.5~2.0)A=(745.5~994)A</p><p>　　I2=(1.1~1.2) IaN=(1.1~1.2) A=

21、(546.7~596.4)A</p><p>　　選擇I1=840A, I2=560A。</p><p><b>　　求出切換電流比β</b></p><p><b>　　β= </b></p><p>　　求啟動時電樞電路的總電阻</p><p><b>　　Ra

22、m=</b></p><p>　　3.4求出啟動時的電樞電路的總電阻Ram</p><p><b>　　=4.76</b></p><p><b>　　取 m=5</b></p><p>　　3.5重新計算β，校驗I2</p><p><b>　　=1.

23、47</b></p><p><b>　　I2==571A</b></p><p>　　I2在規(guī)定的范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.5 求出各級總電阻</p><p><b>　　R5=</b></p><p><b>　　R4=</b>

24、</p><p><b>　　R3=</b></p><p><b>　　R2=</b></p><p><b>　　R1=</b></p><p><b>　　R0=r=</b></p><p>　　3.6 求出各級啟動電阻<

25、;/p><p>　　Rst1=R1-R0=</p><p>　　Rst2=R2-R1=</p><p>　　Rst3=R3-R2=</p><p>　　Rst4=R4-R3=</p><p>　　Rst5=R5-R4=</p><p><b>　　結(jié)論</b></p>

26、;<p>　　根據(jù)以上設(shè)計方案，他勵直流電動機串電阻啟動計算方法可以總結(jié)如下：</p><p>　　選擇啟動電流I1和切換電流I2</p><p><b>　　啟動電流為I1；</b></p><p><b>　　切換電流為I2；</b></p><p>　　二、求出啟動電流和切換電流

27、之比β；</p><p>　　三、求出電動機的電樞電路電阻r;</p><p>　　四、求出啟動時的電樞總電阻Ram;</p><p>　　五、求出啟動級數(shù)m；</p><p>　　六、重新計算β,校驗I2是否在規(guī)定的范圍內(nèi)；</p><p>　　若m是取相近整數(shù)，則需重新計算I2；</p><p&

28、gt;　　再根據(jù)得出的β重新求出I2，并校驗I2是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。若不在規(guī)定的范圍內(nèi)，需加大啟動級數(shù)m重新計算β和I2，直到符合要求為止。</p><p>　　七、求出各級總電阻；</p><p>　　八、求出各級啟動電阻；</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過為期一周的研究和設(shè)計，最

29、終順利的完成了電力與拖動的課程設(shè)計—他勵直流電動機串電阻啟動的設(shè)計。</p><p>　　在查找資料的過程中，進一步了解了他勵直流電動機串電阻啟動的分析過程和計算方法。加深了在課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容。同時體會到了，學(xué)習(xí)和實踐的重要性。</p><p>　　在設(shè)計的過程中，也進一步歷練自己，增強了獨立發(fā)現(xiàn)問題、思考并解決問題的能力，相信這些對以后的學(xué)習(xí)和工作必有很大的益處。</p>

30、<p>　　總而言之，在這一周的忙碌過程中，無論是編輯技巧，還是對電動機的知識，我都收獲很多。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《電機與拖動》 李曉竹 主編 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 2009年出版</p><p>　　[2]《電機與拖動》 唐介 主編 高等教育出版社 20