他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課題:他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)課題:他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系別： 電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：XX城建學(xué)院2015年1月4日成績(jī)?cè)u(píng)定?總結(jié)

一、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量、答辯情況及其平時(shí)表現(xiàn)綜合評(píng)定）。二、評(píng)分課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定成績(jī):（五級(jí)制）指導(dǎo)教師簽字總結(jié)成績(jī):（五級(jí)制）指導(dǎo)教師簽字總結(jié)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計(jì)目的 1\o"CurrentDocument"二、設(shè)計(jì)要求 1\o"CurrentDocument"三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、直流電動(dòng)機(jī) 1直流電動(dòng)機(jī) 1直流電動(dòng)機(jī)的分類 2他勵(lì)直流電機(jī)工作原理 2\o"CurrentDocument"他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 3\o"CurrentDocument"他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng) 3直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)方案 6多級(jí)啟動(dòng)的規(guī)律 7結(jié)論 7他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)特性分析 8\o"CurrentDocument"四、設(shè)計(jì)體會(huì) ^10\o"CurrentDocument"五、參考文獻(xiàn) 10總結(jié)一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)對(duì)一個(gè)實(shí)用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用科學(xué)理論知識(shí)，提高工程意識(shí)和實(shí)踐技能，使學(xué)生獲得控制技術(shù)工程的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析解決實(shí)際問(wèn)題的初步應(yīng)用能力。二、設(shè)計(jì)要求完成所選題目的分析與設(shè)計(jì)，進(jìn)行系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)、論證和選擇；系統(tǒng)單元主電路和控制電路的設(shè)計(jì)、元器件的選擇和參數(shù)計(jì)算；課程設(shè)計(jì)報(bào)告的整理工作。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容有一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，已知參數(shù)如下 Pan=200kw；Uan=440v；Ian=497A；Nn=1500r/min；Ra=0.076。；采用分級(jí)啟動(dòng)，啟動(dòng)電流最大不超過(guò)2IA,,求出各段電阻值，并作出機(jī)械特性曲線，對(duì)啟動(dòng)特性進(jìn)行分析。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間雖然很短，但是如果不能采用正確的啟動(dòng)方法，電動(dòng)機(jī)就不能正常地投入運(yùn)行。為此，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程和方法進(jìn)行必要的分析。直接啟動(dòng)時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞加額定電壓Un,電樞回路不串任何電阻，此時(shí)由于n=0,Ea=0,所以啟動(dòng)電流Ist=Un/Ra,由于電樞回路總電阻Ra較小，所以1st可以達(dá)到額定電流In的十幾甚至幾十倍。這樣大的電流可能造成電機(jī)換向嚴(yán)重不良，產(chǎn)生火花，甚至正、負(fù)電刷間出現(xiàn)電弧，燒毀電刷及換向器。另外，過(guò)大的啟動(dòng)電流使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst過(guò)大，會(huì)使機(jī)械撞擊，也會(huì)引起供電電網(wǎng)電波動(dòng)，從而引起其他接于同一電網(wǎng)上的電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，因此是不允許的。一般只有微型直流電動(dòng)機(jī)，由于自身電樞電阻大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)時(shí)間短，可以直接啟動(dòng)，其他直流電機(jī)都不允許直接啟動(dòng)。在拖動(dòng)裝置要求不高的場(chǎng)合下，可以采用降低啟動(dòng)電壓或在電樞回路串電阻的方法。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在電樞回路中串電阻，具有良好的啟動(dòng)特性、較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的啟動(dòng)電流，可以滿足生產(chǎn)機(jī)械需要的要求。本文借助圖像對(duì)整個(gè)過(guò)程及各個(gè)變量與時(shí)間的相互關(guān)系進(jìn)行了描繪，對(duì)更加清楚地了解和設(shè)計(jì)他勵(lì)直流電機(jī)啟動(dòng)的特點(diǎn)具有重要意義。直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理下圖所示為最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。總結(jié)圖3.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)換向器是由兩片互相絕緣的半圓銅環(huán)（換向片）構(gòu)成的，每一換向片都與相應(yīng)的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)，并與電刷A、B相接觸。若電刷A是正電位，B是負(fù)電位，那么在N極X圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組ab中的電流從a流向b，在S極X圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組cd中的電流從c流向d。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，根據(jù)磁場(chǎng)方向和導(dǎo)體中的電流方向，利用電動(dòng)機(jī)左手定則判斷，圖中ab邊受力方向是向左，而cd邊則向右。由于磁場(chǎng)是對(duì)稱的，導(dǎo)體中流過(guò)的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受的電磁力的大小相等，這樣轉(zhuǎn)子線圈上受到電磁力F的作用而按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時(shí)，線圈中的電流為零，因此，電磁力也等于零，但由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)過(guò)半圈之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab轉(zhuǎn)到S極X圍內(nèi)，cd轉(zhuǎn)到N極X圍內(nèi)，但是由于電刷和換向片的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中的電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流，則從b流向a，因此，電磁力F的方向仍然不變，轉(zhuǎn)子線圈仍按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。由此可知，分別在N，S極X圍內(nèi)的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的，因此，線圈兩邊受力方向也不變，這樣，線圈就可以按照受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)的分類根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為：他勵(lì)直流電機(jī)、并勵(lì)直流電機(jī)、串勵(lì)直流電機(jī)、復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。他勵(lì)直流電機(jī)工作原理他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)連接關(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)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，接線如圖1.2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)?？偨Y(jié)

圖3.2他勵(lì)直流電機(jī)工作原理圖他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(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。(1)啟動(dòng)過(guò)程分析如圖3.3(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,電樞回路總電阻為Ral=ra+Rk1+Rk2,這時(shí)啟動(dòng)電流為I1=Ral=r+Rk1+Rk2,與啟動(dòng)電流所對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T(mén)1,此時(shí)由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖2.1(b)中的曲線1人為機(jī)械特性如圖2.1(b)中的曲線1所示。心一KM2KM1(a)電路圖(b)特性圖圖3.3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由式中T——電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；總結(jié)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2.1(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)KM1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稱為切換電流，其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)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(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2.1(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Rk1,使切除Rk1后的電樞電流剛好等于L，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)。控制點(diǎn)KM2閉合，又切除起動(dòng)電阻Rk2。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)械特性上。電樞電流又由4突增到I，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I2(或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2)及切換電流I2(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。(2)起動(dòng)電阻的計(jì)算U U在圖2.1(b)中，對(duì)a點(diǎn)，有I1=Ra-即Ra1=11，當(dāng)從曲線1(對(duì)應(yīng)于電樞電路總電阻Ra1=ra+Rk1+Rk2)轉(zhuǎn)換得到曲線2(對(duì)應(yīng)于總電阻Ra2=ra+Rk2)時(shí)，亦即從點(diǎn)b轉(zhuǎn)換到點(diǎn)c時(shí)，由于切除電阻RK1進(jìn)行很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc，即電動(dòng)勢(shì)Eb=Ec，U-Ub u-Uc I1)R1這樣在b點(diǎn)有I2=Ra1，在c點(diǎn)I1=Ra2，兩式相除，并考慮到Eb=Ec，得12Ra2，Z1屋同樣，當(dāng)從d點(diǎn)轉(zhuǎn)換到e點(diǎn)時(shí)，得I2=r總結(jié)

I1這樣，如圖2.1所示的二級(jí)起動(dòng)時(shí)，得II1這樣，如圖2.1所示的二級(jí)起動(dòng)時(shí)，得I2Ra1 Ra2Ra2=ra推廣到m級(jí)起動(dòng)的一般情況，得P=I2-RRa1 Ra2a2=ra"a(m-1) "amRam =ra式中P為最大起動(dòng)電流11與切換電流I2之比，稱為起動(dòng)電流比(或起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比)，它等R?R?a1r=Pma由此可以推出式中m為起動(dòng)級(jí)數(shù)。由上式得R1如給定P，求m,可將式ra=pm取對(duì)數(shù)得lgI1=R1屋由式I1=R1屋由式P=I2 Ra2=ra="a(m-1) "amRam =ra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：K=Ra1-Ra2R2=Ra2-Ra3R3=Ra3-Ra4R(m-1)=Ra(m-1)-RamRm=Ram-ra起動(dòng)最大電流I1及切換電流L按生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求確定，一般1產(chǎn)(1.5~2.0)IaNL=(1.1~1.2)IaN總結(jié)

直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)方案(D選擇啟動(dòng)電流I和切換電流L=(1.5-2.0)IaN=(1.5-2.0)X497A=(745.5-994)A^=(1.1-1.2)IaN=(1.1-1.2)X497A=(546.7-596.4)A選擇I=840A,4=560A。L(2)求出起切電流比BB=，2=1?5Ram=4=0.524。(4)求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm=Ram=4=0.524。(4)求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm=坨0=4.76取m=5JRam 11(5)重新計(jì)算P,校驗(yàn)dN「=1.47I2=P=571AL在規(guī)定X圍之內(nèi)。(6)求出各級(jí)總電阻R=1JRra=1.475x0.076Q=0.52QJ\.ZjjlR4=p4ra=1.474x0.0760=0.350R3=p3ra=1.473x0.076Q=0.24QR2=P2ra=1.472x0.076Q=0.16Q4=Pra=1.47x0.0760=0.11QRo=Ra=O.O76Q(7)求出各級(jí)啟動(dòng)電阻Rst1=R.-Ro=(0.11-0.076)n=0.034QRst2=R2-Rx=(0.16-0.11)Q=0.05Q總結(jié)Rst3=R3-R2=(0.24-0.16)Q=0.08QRst4=R4-R3=(0.35-0.24)Q=0.11QRst5=R5-R4=(0.52-0.35)Q=0.27Q多級(jí)啟動(dòng)的規(guī)律不同加速級(jí)的機(jī)電常數(shù)是不同的，電樞電路的電阻越大，則TM越大。不同加速級(jí)的起始轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定轉(zhuǎn)速是不同的，這是由于不同的機(jī)械特性與恒切換轉(zhuǎn)矩T2(或切換電流12)特性及恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL(或負(fù)載電流IL)特性的交點(diǎn)是不同的。啟動(dòng)級(jí)數(shù)的選?。喝Q于負(fù)載的大小與對(duì)啟動(dòng)平滑性的要求。級(jí)數(shù)越多啟動(dòng)平滑性越好，但是啟動(dòng)設(shè)備與控制裝置龐雜，投資大。一般取m=2?4級(jí)，空載或輕載取m=1?2,重載或滿載取m=3?4。結(jié)論根據(jù)以上的設(shè)計(jì)分析，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：(1)選擇啟動(dòng)電流I1和切換電流I2I1=(2.0?2.5)In I2=(1.1?1.2)IL啟動(dòng)電流為［,對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1 T1=(1.5?2.0)TN切換電流為12，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T2T2=(1.5?2.0)TN(2)求出起切電流(轉(zhuǎn)矩)比PP=I1/12(3)求出電動(dòng)機(jī)的電樞電路電阻Ra Ra=(1/2?2/3)UnIn-Pn*1000/In*In(4)求出啟動(dòng)時(shí)的電樞總電阻Rm Rm=Uan/Ian(5)求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm=(lgRm/Ra)/lgp選取m=3(6)重新計(jì)算P，校驗(yàn)I2是否在規(guī)定X圍內(nèi)；若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算L,R~>〃一p=T工，再根據(jù)得出的p重新求出4，并校驗(yàn)4是否在規(guī)定X圍內(nèi)。若不在規(guī)定X圍內(nèi)，需加大啟動(dòng)級(jí)數(shù)m重新計(jì)算P和I，直到符合要求為止。(7)求出各級(jí)總電阻(8)求出各級(jí)啟動(dòng)電阻3.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)特性分析總結(jié)

直流電動(dòng)機(jī)在電樞回路中串聯(lián)電阻起動(dòng)是限制起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的有效方法之一。建立他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)三級(jí)電阻起動(dòng)的仿真模型，仿真分析其串聯(lián)電阻起動(dòng)過(guò)程，獲得起動(dòng)過(guò)程的電樞電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。（1）建立仿真模型他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串聯(lián)起動(dòng)電阻的仿真模型原理圖如下圖所示，和直流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)仿真模型相比圖中