直流電機(jī)串電阻啟動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：直流電機(jī)的串電阻啟動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)校:姓名:業(yè): 級(jí): 號(hào):教師:設(shè)計(jì)時(shí)間:重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院一、直流電動(dòng)機(jī)的綜述1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 1.2直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi) 1.3直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 2.2固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)3.1直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程分析3.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算四、設(shè)計(jì)內(nèi)容10五、結(jié)論1112心得體會(huì)七、參考文獻(xiàn)12、直流電動(dòng)機(jī)的綜述1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理圖1是一臺(tái)最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)的模型，N和S是一對(duì)固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是

2、永久磁鐵）。磁極之間有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，稱(chēng)為電樞鐵心。鐵心表面固定一個(gè)用絕緣導(dǎo)體構(gòu)成的電樞線圈abed，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個(gè)弧形銅片上,弧形銅片稱(chēng)為換向片， 它們的組合體稱(chēng)為換向器。 在換向器上放置固定不動(dòng)而與換向片滑動(dòng)接觸的電刷A和B,線圈abed通過(guò)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(chēng)為電樞。如果將電源正負(fù)極分別接電刷A和B,則線圈abed中流過(guò)電流。在導(dǎo)體ab中，電流由流向b,在導(dǎo)體ed中，電流由e流向d，如圖（a）所示。載流導(dǎo)體ab和ed均處于N和極之間的磁場(chǎng)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受到的電磁力的方向是向左的，

3、力圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，載流導(dǎo)體ed受到的電磁力F的方向是向右的，也是力圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，這一對(duì)電磁力形成一個(gè)轉(zhuǎn)矩,即電磁轉(zhuǎn)矩 T其方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，使整個(gè)電樞沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過(guò)180 ,導(dǎo)體ed轉(zhuǎn)到N極下,ab轉(zhuǎn)到S極上，如圖（b）所示。由于電流仍從電刷 A流入，使ed中的電流變?yōu)橛蒬流向e，而ab中的電流由b流向a，再?gòu)碾娝流出。用左手定則判別可知，導(dǎo)體ed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(shí)針?lè)较蚴闺姌醒啬鏁r(shí)針?lè)较蚶^續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電樞在轉(zhuǎn)過(guò)180。，就又回到圖（a）所示的情況。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。FabTNAd

4、FS卜NFS(b)1.2直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同,直流電動(dòng)機(jī)因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)可分為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)四 類(lèi)。1.3直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)（一）調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人 為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(二) 起動(dòng)力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求 均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車(chē)、電車(chē)等，都用直流電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)。、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)

5、機(jī)由勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。在勵(lì)磁電壓Uf的作用下，勵(lì)磁繞組中通過(guò)勵(lì)磁電流 If ,從而產(chǎn)生主磁極磁通 0。在電樞電壓Ua的作用n運(yùn)轉(zhuǎn)。電下，電樞繞組中通過(guò)電樞電流la。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生機(jī)械以某一轉(zhuǎn)速樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E.電動(dòng)勢(shì)的方向與電樞電流的方向相反。2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性U為常數(shù)，勵(lì)磁電流If為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性定義為：直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓常數(shù)，電樞回路電阻 Ra+R為常數(shù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路原理圖如圖2所示。Tn圖2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路原理圖圖3.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

6、的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式:電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea=Cen電磁轉(zhuǎn)矩T=Ctla電樞電路電壓平衡方程:U =Ea +laR電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程:由電磁轉(zhuǎn)矩方程可得到I a_u TaR-Ce- 宀；,代入轉(zhuǎn)速特性方程式中， 就得到電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式: Ct W式中：R =Ra +它J。n =石 TCe CeCT 2若U，R均為常數(shù)，機(jī)械特性是一條向下傾斜的直線，如圖3所示。n = n。 3Tn =門(mén)0由式（1）可知，B越大，如越大，機(jī)械特性曲線越斜，稱(chēng)之為軟特性；反之將An小的特性稱(chēng)硬特性。2.2固有機(jī)械特性與人為機(jī)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(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為他

7、勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。人為地改變電動(dòng)機(jī)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(jī)械特性稱(chēng)為人為機(jī)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，所以人為機(jī)械特性為一簇經(jīng)過(guò)理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)的放射性直線，如圖變電壓時(shí)的人為特性是一組平行直線，如上中圖；弱磁時(shí)的人為特性如上右圖。二UnUUU圖4 電樞串電阻時(shí)的人為特性圖5變電壓時(shí)的人為特性Tt人為X固有圖6弱磁時(shí)的人為特性、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(一)降低電樞電壓起動(dòng)起動(dòng)時(shí)，加上勵(lì)磁電壓Uf ,保持勵(lì)磁電流If為額定值不變，電樞電壓Ua從零逐漸升高到額定值。優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)過(guò)程中

8、能量損耗小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是初期投資大。(二)增加電樞電阻起動(dòng)1無(wú)級(jí)起動(dòng)額定功率較小的電動(dòng)機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動(dòng)變阻器的無(wú)級(jí)起動(dòng)方法起動(dòng)。起動(dòng)前先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，加上勵(lì)磁電壓Uf ,保持勵(lì)磁電流為額定值不變。再接通電樞電源，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻，直到全 部切除。2.有級(jí)起動(dòng)額定功率較大的電動(dòng)機(jī)一般采用有級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過(guò)程中既有比較大的起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩，又使起動(dòng)電流不會(huì)超過(guò)允許值。起動(dòng)前串聯(lián)起動(dòng)電阻Rst1, Rst2Rstn，加上勵(lì)磁電壓 Uf，保持勵(lì)磁電流為額定值不變，然后加上電樞電壓Ua，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。之后當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩等于切換轉(zhuǎn)矩時(shí)

9、，依次切除起動(dòng)電阻RstnRst2, Rst1，直到電樞電路的總電阻變?yōu)殡姌须娐纷陨淼碾娮鑂a，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。其中，要注意的就是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流I1不會(huì)超過(guò)所允許的最大電樞電流lamax，所以|i = (1.5 - 2.0)1 aN ,對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 Tl = (1.5 2.0)Tn。并且為保證定的加速轉(zhuǎn)矩，減少起動(dòng)時(shí)間，一般選擇切換轉(zhuǎn)矩為T(mén)2 =(1.1 - 1.2)Tl，對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流為 |2 =(1.1 1.2)Il。圖4-13.1直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)開(kāi)始瞬間，電樞電路中接入全部起動(dòng)電阻，起動(dòng)電流達(dá)到最大值，即UnI st =Ra + R1 + R2 + R3隨著

10、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷增加，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩將逐漸減小，電動(dòng)機(jī)沿著曲線1的箭頭所指的方向變化。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至ni，電流降至Ist2 （圖中b點(diǎn)）時(shí), 接觸器KM1觸頭閉合，將電阻 Ri短接，由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電動(dòng)機(jī)將瞬間過(guò)渡到特性曲線2上的c點(diǎn)（C點(diǎn)的位置可由所串電阻的大小控制），電動(dòng)機(jī)又沿曲線 2的箭頭繼續(xù)加速。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至n2電流又降至Ist2 （圖中d點(diǎn)）時(shí)，接觸器KM2觸頭閉合，將電阻R2短接，由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電動(dòng)機(jī)將瞬間過(guò)渡到特性曲線3上的e點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)又沿曲線3的箭頭繼續(xù)加速。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至n3電流又降至Ist2 （圖中f點(diǎn)）時(shí)，接觸器KM3觸頭 閉合，將電阻R3短接，由于

11、機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電動(dòng)機(jī)將瞬間過(guò)渡到固有特性曲線上的g點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)又沿曲線4的箭頭繼續(xù)加速，最后穩(wěn)定運(yùn)行在固有特性曲線上的h點(diǎn)，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。3.2他勵(lì)直流電機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算（一）選擇啟動(dòng)電流ll和切換電流12為保證與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電流I 1不會(huì)超過(guò)所允許的最大電樞電流lamax，選擇 |1 = （1.5 2.0）1 aN，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T1 = （1.5 2.0）Tn。為保證有一定的加速轉(zhuǎn)矩，減少啟動(dòng)時(shí)間，一般選擇切換轉(zhuǎn)矩為 T2 =（1.1 1.2）Tl對(duì)應(yīng)的切換電流（二）求出起切電流比 P（三）求出電動(dòng)機(jī)的電樞電路電阻RaI2TO的情況下，UP2 = Pe =E|a，因此，在

12、額定狀態(tài)下進(jìn)行時(shí)，E =二竺，Ra =1 aNPnaN1 aN。1 aNRa可以根據(jù)實(shí)測(cè)或者銘牌上提供的額定值進(jìn)行估算，由于在忽略（四）求出啟動(dòng)時(shí)電樞啟動(dòng)總電阻Rmm級(jí)啟動(dòng)時(shí)電樞啟動(dòng)總電阻為R =UaNl1（五）求出啟動(dòng)級(jí)數(shù) mlgRmm的計(jì)算公式為m =RaIg P（六）重新計(jì)算 P，校驗(yàn)|2是否在規(guī)定范圍之內(nèi)。若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算P。根據(jù)式P =lRa重新計(jì)算，并根據(jù)P|2，并校驗(yàn)|2是否在所規(guī)定的范圍之內(nèi)。若不在規(guī)定范圍之內(nèi)，需加大啟動(dòng)級(jí)數(shù)m重新計(jì)算P和|2，直到滿(mǎn)足要求為止。（七）求出各級(jí)總電阻Ro =RaR1 = Pro = pRaR2 = pR1 = p2RaRm =Pm

13、Ra（八）求出各級(jí)啟動(dòng)電阻Rst1= Rl- RaRst2 = R2 RlRstm = Rm Rm 二（九）若啟動(dòng)級(jí)數(shù)已定，計(jì)算步驟如下:選擇電流|1，計(jì)算出Rm，Ra，|2，根據(jù)求出的|2效驗(yàn)其是否在規(guī)定范圍內(nèi)，否則加大啟動(dòng)級(jí)數(shù)m重新計(jì)算，最后求出各級(jí)總電阻和啟動(dòng)電阻。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下:號(hào)類(lèi)塞壓流速編 構(gòu) 隹 型簡(jiǎn)功電電轉(zhuǎn)麗22kW220V116.3A 1500r/niin i JB1104-68直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品絹號(hào)7001 勵(lì)號(hào)方式他勵(lì) 勵(lì)碇電壓220V 工乍方式連瀆 蘭魚(yú)姿等級(jí)B級(jí) S _kg 出廠3期年 月1）選擇啟動(dòng)電流Il和切換電流121 1=(1.5 2.0)1

14、 aN=(1.5 2.0) X 116.3 査=(174.45232.6)A1.2)1 aN=(1.1 1.2) X 116.3 A =(127.93 139.56) A12=131.25 A。l2=(1.1 選擇 11=210 A，2）求出起切電流比P = U=1.61 23）求出電樞回路電阻Ra2Ra=(1/22/3)U nIn-Pn/I nRa=0.1330.177O取 Ra=0.173 Q4）求出啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻RamUaNRam=1.048 0 |15）求出啟動(dòng)級(jí)數(shù) m1 (Ram 1m=83取m=46）重新計(jì)算P ,校驗(yàn)12n J Ram = mK=1.5712=學(xué)=133.

15、75 A12在規(guī)定范圍之內(nèi)。7）求出各級(jí)總電阻R4= P4Ra=1.574x 0.173 0=1.05。33R3= P Ra =1.57 X0.1730=0.669 0R2= P2Ra=1.572X0.173=0.426Ri= 3 Ra=1.57X0.1730=0.272 0Ro=Ra=0.173 08）求出各級(jí)啟動(dòng)電阻Rsti=Ri-R0=(0.272-0.173) 0 =0.099。Rst2=R2-Ri=(0.426-0.272) 0 =0.154 ORst3=R3-R2=(0.669-0.426) 0 =0.243 ORst4=R4-R3=(1.05-0.669) 0 =0.381五、結(jié)

16、論電樞回路串電阻啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單， 操作方便，同樣可以把啟動(dòng)電流限制在所允許的范圍內(nèi),但在啟動(dòng)過(guò)程中要將電阻分段切除。般對(duì)于額定功率較小的電動(dòng)機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)啟動(dòng)變阻器的方法啟動(dòng)。額定功率較大的電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)啟動(dòng)的方法以保證啟動(dòng)過(guò)程 中既有比較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又使啟動(dòng)電流不會(huì)超過(guò)允許值。六、心得及體會(huì)經(jīng)過(guò)一周的努力，課程設(shè)計(jì)完成了。 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期的積累過(guò) 程，經(jīng)后的工作、生活中應(yīng)該不段的學(xué)習(xí)，努力提高知識(shí)和綜合能力。設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了大量的有關(guān)資料，并與同學(xué)交流，學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲還是很多的。在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作

17、能力的 信心。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不僅學(xué)到了知識(shí)，也讓我感到了生活的充實(shí)和學(xué)習(xí)的快樂(lè)，以及獲得知識(shí)的滿(mǎn)足。七、參考文獻(xiàn)1電機(jī)與拖動(dòng)唐介主編高等教育出版社2003年出版;2電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 湯天浩主編機(jī)械工業(yè)出版社2008年出版;3電機(jī)學(xué) 李海發(fā) 主編 科學(xué)出版社2001年出版;直流電服務(wù)器的研究制V8統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究OM研制的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響6Q9J.01357802 o13579135791357913579135791357913579135791357mcn03a0-r-5-i 1T1Axl22il2i524a45-illilR6z/zzzv7S陰zas、-?-、八”、-?丿.-亠、-?-? N US片片職3片單S菱iVSS f雙單單高單Uj