電機(jī)與拖動技術(shù)課程設(shè)計(jì)參考

1、 電機(jī)與拖動技術(shù) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告（20122013學(xué)年 第一學(xué)期）題 目 他勵直流電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng) 系 別 電子與電氣工程系 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 韓之剛 完成時(shí)間 2013年12月26日 評定成績 目錄摘要 31、設(shè)計(jì)的目的和意義 32、總體設(shè)計(jì)方案 3 2.1并勵(他勵)直流電動機(jī)的起動   32.2并勵(他勵)直流電動機(jī)的調(diào)速   42.3調(diào)速的性能指標(biāo)63.設(shè)計(jì)過程 73.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備 73.2 設(shè)備屏上掛件排列順序 73.3 設(shè)計(jì)原理圖 83.4.調(diào)速步驟 84、設(shè)計(jì)心得125參考文獻(xiàn)12摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，電動機(jī)的需求會越

2、來越大，電動機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，電動機(jī)的操作系統(tǒng)是一個非常龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，它不僅為現(xiàn)代化工業(yè)、家庭生活和辦公自動化等一系列應(yīng)用提供基本操作平臺，而且能提供多種應(yīng)用服務(wù)，使人們的生活質(zhì)量有了大幅度的提高，擺脫了人力勞作的模式。而電動機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動化操作中是電動機(jī)的主要應(yīng)用之一，因此本課程設(shè)計(jì)課題將主要以在工業(yè)中電動機(jī)調(diào)速方法的應(yīng)用過程可能用到的各種技術(shù)及實(shí)施方案為設(shè)計(jì)方向，為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：直流電動機(jī) 調(diào)速 設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)的目的和意義時(shí)間是驗(yàn)證真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。通過本次的課程設(shè)計(jì)更進(jìn)一步的掌握和了解電動機(jī)的調(diào)速方法。這次課程設(shè)計(jì)可以使我們在學(xué)校學(xué)的理論知識用到實(shí)

3、踐中，使我們學(xué)會獨(dú)立思考，是我們在實(shí)踐中掌握相關(guān)知識，能夠培養(yǎng)我們的職業(yè)技能，課程設(shè)計(jì)是以任務(wù)引領(lǐng)，以工作過程為導(dǎo)向，以活動為載體，給我們提供了一個真實(shí)的過程，通過設(shè)計(jì)和運(yùn)行，反復(fù)調(diào)試、訓(xùn)練、便于我們掌握規(guī)范系統(tǒng)的電機(jī)方面的知識，同時(shí)也提高了我們的動手能力。2、總體設(shè)計(jì)方案2.1并勵(他勵)直流電動機(jī)的起動  直流電動機(jī)接通電源以后，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從零達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。對于電動機(jī)來講，我們總希望它的起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠。  直流電動機(jī)開始起動時(shí)，轉(zhuǎn)速n=0，此時(shí)直流電動機(jī)的反電動勢(E=KEn)還沒有建立起來，由于

4、電樞電阻Ra較小，Ia=uR。，所以此時(shí)電樞電流最大。另外，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式T=KTI可知，由于電樞電流非常大，此時(shí)的起動轉(zhuǎn)矩也非常大。這樣大的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩，分別將對供電電源和機(jī)械裝置形成強(qiáng)大的沖擊。通常采用保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩下盡量減少起動電流的辦法，使電動機(jī)起動。直流電動機(jī)經(jīng)常使用的起動方法有下面兩種：2.1.1電樞回路串電阻起動  為了限制起動電流，起動時(shí)可在電樞回路串入起動電阻RST,待電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升后逐步將起動電阻切除。接人起動電阻后的起動電流為 2.1.2減壓起動  減壓起動時(shí)，開始加在電動機(jī)電樞的端電壓很低，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐步增大電樞電壓

5、，并使電樞電流限制在一定的范圍內(nèi)。為使勵磁不受電樞電壓的影響，電動機(jī)應(yīng)采用他勵方式。2.2并勵(他勵)直流電動機(jī)的調(diào)速  同交流異步電動機(jī)相比，并勵直流電動機(jī)在調(diào)速方面有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。從直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性 可知，并勵(他勵)直流電動機(jī)可通過三種方式對電動機(jī)的速度進(jìn)行凋節(jié)： 2.2.1調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速改變電樞電壓調(diào)速，只能在額定電壓U下，他勵直流電動機(jī)拖動負(fù)載運(yùn)行時(shí)，保持氣隙每極磁不變，電區(qū)回路不變，電區(qū)回路不串電阻既R=0，降低電樞電壓U時(shí)，電動機(jī)運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速上，如圖：  當(dāng)保持他勵直流電動機(jī)磁通為額定值和電樞回路電阻不變時(shí)，降低電樞電壓，可以調(diào)常

6、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,由并勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性為:     2.2.2調(diào)節(jié)串入電樞回路電阻調(diào)速  在電樞回路串八電阻R從串八電阻后并勵直流電動機(jī)的機(jī)械特性，可知，機(jī)械特性的斜率將隨之增大，即不變，改變的只是n所以它和負(fù)載特性的交點(diǎn)隨著R的變大而逐步下移，如圖2 15所示。   這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，缺點(diǎn)是接人電阻后電動機(jī)的效率降低，機(jī)械特性變軟.2.2.3調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)速  這種調(diào)速方法所用設(shè)備簡單調(diào)節(jié)也很方便，且效率較高。缺點(diǎn)是隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的增高，電樞電流隨之升高，電動機(jī)的溫升升高，換向條件變壞，轉(zhuǎn)

7、速過高，還會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。2.3調(diào)速的性能指標(biāo)2.3.1.調(diào)速范圍與靜差率   調(diào)速范圍是指電動機(jī)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩 調(diào)速時(shí)，其最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，用 D 表示為最高轉(zhuǎn)速受電動機(jī)的換向及機(jī)械強(qiáng)度限制，最低轉(zhuǎn)速受生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性要求的限制。靜差率或轉(zhuǎn)速變換率，是指電動機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速的變化率，   靜差率越小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越好，負(fù)載波動時(shí)，轉(zhuǎn)速的變換也越小。調(diào)速范圍與靜差率相互制約，采用同一種方法調(diào)速時(shí)，靜差率數(shù)值越大，則可以得到較高的調(diào)速范圍；如果靜差率一定，采用不同的調(diào)速方法，其調(diào)速范圍 D 不同 2.3.2 調(diào)速的平滑性  

8、; 無級調(diào)速的平滑性最好，有級調(diào)速的平滑性用平滑系數(shù) 表示，其定義為：相鄰兩極轉(zhuǎn)速中，高一級 n 與低一級轉(zhuǎn)速 n 之比，即 2.3.3 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性   主要考慮調(diào)速設(shè)備的初投資、調(diào)速時(shí)電能的損耗、運(yùn)行時(shí)的維修費(fèi)用等。調(diào)速時(shí)電能的損耗除了要考慮電動機(jī)本身的損耗外，還要考慮供電電源的效率。 調(diào)速設(shè)備初投資應(yīng)該考慮電動機(jī)和供電電源兩方面：專門設(shè)計(jì)的改變磁通調(diào)速的電動機(jī)成本較普通直流電機(jī)為高；降電樞電壓調(diào)速的大功率可調(diào)壓電源，成本也較高；調(diào)磁通調(diào)速一般也要專門配一可調(diào)壓電源，但容量要小，成本也低些。這樣綜合起來考慮，電樞串電阻調(diào)速設(shè)備成本最低，而改變電源電壓調(diào)速設(shè)備成

9、本最高。 3.設(shè)計(jì)過程3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號型號名稱數(shù)量1DD03導(dǎo)軌、測速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表1臺2DJ23校正直流測功機(jī)1臺3DJ15直流并勵電動機(jī)1臺4D31直流數(shù)字電壓、毫安、安培表2件5D42三相可調(diào)電阻器1件6D44可調(diào)電阻器、電容器1件7D51波形測試及開關(guān)板1件8D41三相可調(diào)電阻器1件3.2 設(shè)備屏上掛件排列順序 D31、D42、D41、D51、D31、D443.3 設(shè)計(jì)原理圖 圖1直流他勵電動機(jī)接線圖3.4.調(diào)速步驟3.4.1選擇儀器（1）電壓量程的選擇如測量電動機(jī)兩端為220V的直流電壓，選用直流電壓表為300V量程檔。（2）電流量程的選擇因?yàn)橹绷鞑铍妱訖C(jī)的額定電流為1.2A，測

10、量電樞電流的電表A3可選用直流電流表的5A量程檔；額定勵磁電流小于0.16A，電流表A1選用200mA量程檔。（3）變阻器的選擇變阻器選用的原則是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所需的阻值和流過變阻器最大的電流來確定，電樞回路R1可選用D44掛件的90與90串聯(lián)電阻,磁場回路Rf1可選用D44掛件的900與900串聯(lián)電阻。3.4.2直流他勵電動機(jī)的起動準(zhǔn)備(1)按原理圖接線。圖中直流他勵電動機(jī)M用DJ15，其額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=1.2A,額定轉(zhuǎn)速nN=1600r/min,額定勵磁電流IfN0.16A。校正直流測功機(jī)MG作為測功機(jī)使用，TG為測速發(fā)電機(jī)。直流電流表選用D31。

11、Rf1用可調(diào)電阻器D44中的900與900電阻串聯(lián)，使Rf1的阻值等于1800，作為他勵直流電動機(jī)勵磁回路串接的電阻。Rf2選用可調(diào)電阻器D42中的900與900電阻串聯(lián)，使Rf2的阻值等于1800，作為MG勵磁回路串接的電阻。R1選用可調(diào)電阻器D44中的90與90電阻串聯(lián)，使R1的阻值等于180，作為他勵直流他勵電動機(jī)的起動電阻，R2選用可調(diào)電阻器D42中的900與900并聯(lián)后再與可調(diào)電阻器D41中的6個90電阻互串聯(lián)，作為MG的負(fù)載電阻。(2)接好線后，檢查M、MG及TG之間是否用聯(lián)軸器直接聯(lián)接好。3.4.3他勵直流電動機(jī)起動步驟（1）檢查按原理圖的接線是否正確，電表的極性、量程選擇是否正

12、確，電動機(jī)勵磁回路接線是否牢靠。(2)將電動機(jī)電樞串聯(lián)起動電阻R1、測功機(jī)MG的負(fù)載電阻R2、及MG的磁場回路電阻Rf2調(diào)到阻值最大位置，M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1調(diào)到最小位置，斷開開關(guān)S，并斷開控制屏下方右邊的電樞電源開關(guān)，并將控制屏上電樞電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)至最小，作好起動準(zhǔn)備。（3）開啟控制屏上的電源總開關(guān)，按下其上方的“開”按鈕，接通其下方左邊的勵磁電源開關(guān)，觀察M及MG的勵磁電流值，調(diào)節(jié)Rf2使If2（電流表A2）于校正值（100mA）并保持不變，再接通控制屏右下方的電樞電源開關(guān)，調(diào)節(jié)控制屏上電樞電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使電動機(jī)M起動。（4）M起動后觀察轉(zhuǎn)速表指針偏轉(zhuǎn)方向，應(yīng)為正值。（若不正確，

13、先關(guān)斷電樞電源開關(guān)，再關(guān)斷勵磁電源開關(guān)，用勵磁電源極性對調(diào)來糾正轉(zhuǎn)向，重復(fù)步驟（1）（2），使電動機(jī)M起動。）電動機(jī)M起動后，調(diào)節(jié)控制屏上電樞電源電壓為220伏。減小起動電阻R1阻值，直至短接。（5）合上校正直流測功機(jī)MG的負(fù)載開關(guān)S，調(diào)節(jié)R2阻值，記錄電樞電流I（電流表A3）不同值時(shí)，使MG的負(fù)載電流IF（電流表A4）改變值，即直流電動機(jī)M的輸出轉(zhuǎn)矩T2改變值（按不同的IF值，查對應(yīng)于If2=100mA時(shí)的校正曲線T2=f(IF)，可得到M不同的輸出轉(zhuǎn)矩T2值）。將測得數(shù)據(jù)記錄到表1-1中。表1-1I（電流表A3）0.330.350.410.460.561.12IF（電流表A4）0.090.

14、110.180.240.350.80T20.5060.5590.6130.6670.7751.3763.4.4調(diào)節(jié)他勵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速<1>電樞串電阻調(diào)速。保持勵磁回路的電阻Rf1不變，改變電樞回路的電阻R1，使其增大，測轉(zhuǎn)速n。將測得數(shù)據(jù)記錄到表1-2中。表1-2R10306090120150180n143913791285119011071023967<2>改變勵磁電流調(diào)速。保持電阻不變，改變勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻時(shí)，測轉(zhuǎn)速。將測得數(shù)據(jù)記錄到表1-3中。表1-3Rf10300 600900120015001800n1441147515451616167517651800&l

15、t;3>改變電樞電壓調(diào)速。保持電阻不變，勵磁電流為額定值，逐步減少電樞電壓，測量轉(zhuǎn)速。將測得數(shù)據(jù)記錄到表1-4中.表1-41201401601802002207819141058117513121448<4>改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向.將電樞串聯(lián)起動變阻器R1的阻值調(diào)回到最大值，先切斷控制屏上的電樞電源開關(guān)，然后切斷控制屏上的勵磁電源開關(guān)，使他勵電動機(jī)停機(jī)。在斷電情況下，將電樞（或勵磁繞組）的兩端接線對調(diào)后，再按他勵電動機(jī)的起動步驟起動電動機(jī)，并觀察電動機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速表指針偏轉(zhuǎn)的方向。3.4.5三種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn) 1、電樞串電阻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：電樞串電阻調(diào)速設(shè)備簡單，操作方便。缺點(diǎn)：1）由

16、于電阻只能分段調(diào)節(jié)，所以調(diào)速的平滑性差； 2）低速時(shí)特性曲線斜率大，靜差率大，所以轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性差。 3）輕載時(shí)調(diào)速范圍小，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速范圍一般為D小于等于2 4）損耗大，效率低，不經(jīng)濟(jì)，對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速前、后因增通不變而使Tem和Ia不變，輸入功率不變，輸出功率卻隨轉(zhuǎn)速的下降而下降，減少的部分被串聯(lián)電阻消耗了。2、 改變電樞電壓調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：1）電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)五級調(diào)速。 2)調(diào)速前后的機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)穩(wěn)定性好。 3）無論輕載還是負(fù)載，調(diào)速范圍相同一般可達(dá)D=2.5到12。 4）電能損耗較少。缺點(diǎn)：需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。3、改變勵磁電流調(diào)速優(yōu)

17、點(diǎn)：由于在電流較小的勵磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而控制方便，能量損耗小，設(shè)備簡單，調(diào)速平滑性好。弱磁升速后電樞電流增大，電動機(jī)的輸入功率增大，但由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動機(jī)的效率基本不變，因此經(jīng)濟(jì)性是比較好。缺點(diǎn)：機(jī)械特性的斜率變大，特性變軟;轉(zhuǎn)速的升高收到電動機(jī)換向能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，升速范圍不可能很大，一般D小于等于2；4、設(shè)計(jì)心得 在老師的悉心指導(dǎo)和同學(xué)們的共同努力下，電機(jī)及拖動基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圓滿結(jié)束了。在這次課程設(shè)計(jì)中，我深刻地體會到科學(xué)工作的辛苦和趣味。科學(xué)工作的嚴(yán)謹(jǐn)，讓我明白了做人也應(yīng)當(dāng)如此。在課程設(shè)計(jì)中，我們用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，積極配合老師同學(xué)完成設(shè)計(jì)。不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，