電機與拖動課程設計-他勵直流電動機的啟動

PAGE《電機與拖動》課程設計設計題目：他勵直流電動機的啟動院（系、部）：電氣與控制工程學院專業(yè)班級：姓名：學號：課程設計任務書一、設計題目直流電動機的啟動二、設計任務1，了解直流電動機的結構2，掌握直流電動機的動作原理3，掌握直流電動機的串聯(lián)啟動三、設計計劃電機與拖動課程設計共計1周內完成：1、第1～2天查資料,熟悉題目；2、第3～5天方案分析,具體按步驟進行設計及整理設計說明書；3、第6天準備答辯；4、第7天答辯。四、設計要求1、設計工作量為完成設計說明書一份；2、設計必須根據(jù)進度計劃按期完成；3、設計說明書必須經(jīng)指導教師審查簽字方可答辯。指導教師：教研室主任：時間：2013年6月24日摘要進一步鞏固和加深“電機與拖動”課程的基礎知識，綜合運用“電機與拖動”課程理論及生產(chǎn)實際知識去分析和解決直流電動機啟動的一些問題，進行電機設計的訓練。通過計算和繪圖，學會運用標準，規(guī)范的手冊，圖冊和查閱有關的資料等，培養(yǎng)電機設計的基本技能。培養(yǎng)獨立的思維和動手能力。關鍵詞：啟動;機械特性;他勵;電阻

目錄1引言 12直流電動機的構造 12.1定子部分 12.2轉子部分 23直流電動機的工作原理 24直流電動機的分類 35他勵直流電動機的機械特性 35.1固有機械特性 45.2電樞串接電阻的人為機械特性 45.3改變電壓時的人為機械特性 45.4減弱磁通時的人為機械特性 56他勵直流電動機的啟動 56.1啟動方法 56.2電樞回路串電阻啟動 57設計方案 78結論 9參考文獻 11PAGE111引言直流電動機（directcurrentmachine）是指能將直流電能轉換成機械能的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能。他勵直流電動機在啟動瞬間，轉速n=0，電動勢E=0，由電樞電流方程式（1-1）可知，啟動電流如式（1-2）所示。在額定電壓下直接啟動時，由于Ra很小，IS很大，一般可達電樞電流額定值的10~20倍。這樣大的電流是換向所不允許的。同時由式（1-3）可知，啟動轉矩也能達到額定轉矩的10~20倍。雖然啟動轉矩大可以使電機加速快，但是過大的啟動轉矩會使電動機和它所拖動的生產(chǎn)機械遭受突然的巨大沖擊，以致?lián)p壞傳動機構（如齒輪）和生產(chǎn)機械。由此可見，除了額定功率在數(shù)百瓦以下的微型直流電動機，因電樞繞組導線細、電樞電阻Ra大、轉動慣量又比較小，可以直接啟動外，一般的直流電動機是不允許采用直接啟動的。 （1-1） （1-2） （1-3）因此，必須將啟動電流限制在運行范圍之內。由式（1-2）可以看出，方法有兩個：降低電樞電壓Ua和增加電樞電阻Ra。2直流電動機的構造直流電動機主要由靜止的定子和旋轉的轉子兩大部分組成。定子與轉子之間有空隙.稱為氣隙。定子的作用是產(chǎn)生磁場和對電機的機械支撐，主要由機座、主磁極、換向極、端蓋、電刷裝置等部件組成。轉子的作用是產(chǎn)生感應電樞感應電勢或電磁轉矩，主要由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉軸、風扇等部件組成。2.1定子部分主磁極。主磁極用來產(chǎn)生氣隙磁場并在電樞表面外的氣隙空間里產(chǎn)生一定形狀分布的氣隙磁密。主磁極由主極鐵芯和勵磁線圈組成，主極鐵芯由1～1.5mm厚的低碳鋼板沖成一定形狀，然后疊壓用鉚釘鉚在一起，上面套上事先繞制好的勵磁線圈，整個磁極用螺釘固定在機座內表面上。換向極。換向極是用來改善直流電機的換向性能。換向極是由換向極鐵芯和套在鐵芯上的換向極繞組組成。大容量直流電機換向極鐵芯由薄鋼板疊成，中小容量直流電機換向極由整塊鋼構成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，換向極裝在相鄰兩個主磁極之間，用螺釘固定在機座上。機座。機座一方面用來固定主磁極、換向極和端蓋等部件，并借助于底腳將電機固定在基礎上，起機械支撐作用；另一方面它還是電機主磁路的一部分，叫定子磁軛，起導磁作用，機座一般用導磁性能較好的鑄鋼或厚鋼片焊接而成。電刷裝置。電刷裝置是使固定的電刷與旋轉的換向器保持滑動接觸，將電樞電路與外電路接通，使電流經(jīng)電刷輸入電樞或從電樞輸出。它由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在電刷盒里，用彈簧壓在換向器外表面上，同時用銅絲辮將電流自電刷引向刷握。刷握固定在刷桿上，刷桿則裝在刷桿座上，并且使二者之間具有良好的絕緣。刷桿數(shù)通常與主磁極極數(shù)相同。各電刷桿在換向器外表面上沿圓周方向均勻分布。2.2轉子部分電樞鐵芯電樞鐵心的作用是用來嵌放電樞繞組和通過主磁通。當電樞旋轉時鐵心中的磁通方向會發(fā)生變化會在鐵心中引起渦流和磁滯損耗。為了減少這部分損耗通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成。每張沖片沖有嵌放繞組的槽和一些軸向通風孔疊壓好的電樞鐵心安裝在轉軸上。電樞繞組。電樞鐵心的作用是用來嵌放電樞繞組和通過主磁通。當電樞旋轉時鐵心中的磁通方向會發(fā)生變化會在鐵心中引起渦流和磁滯損耗。為了減少這部分損耗通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成。每張沖片沖有嵌放繞組的槽和一些軸向通風孔疊壓好的電樞鐵心安裝在轉軸上。換向器。電樞鐵心的作用是用來嵌放電樞繞組和通過主磁通。當電樞旋轉時鐵心中的磁通方向會發(fā)生變化會在鐵心中引起渦流和磁滯損耗。為了減少這部分損耗通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片沖片疊壓而成。每張沖片沖有嵌放繞組的槽和一些軸向通風孔疊壓好的電樞鐵心安裝在轉軸上。3直流電動機的工作原理圖3-1直流電動機的工作原理圖如圖（1）所示，電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉軸與機械負載相連，這時便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)電刷B流回電源的負極。在圖（a）所示位置,在N級下面導線電流是由a到b,根據(jù)左手定則可知導線ab受力的方向向左,而導線cd受力的方向是向右的。當兩個電磁力對轉軸所形成的電磁轉矩大于磁阻轉矩時,電動機逆時針旋轉。當線圈轉過180度時,這時導線的電流方向已改變?yōu)橛蒬到c和b到a,因此電磁轉矩的方向仍然是逆時針的。這樣，就使得電機一直旋轉下去。4直流電動機的分類按勵磁方式的不同，直流電機可以分為他勵、并勵、串勵和復勵電機四種。圖4-1直流電機按勵磁方式的分類5他勵直流電動機的機械特性在他勵電動機中，,,保持不變時，電動機的轉速n與電磁轉矩T之間的關系稱為他勵電動機的機械特性。根據(jù)公式：（5-1）（5-2）（5-3）可得，他勵電動機的轉速與轉矩之間有如下關系（5-4）當U、R、為常數(shù)時，為一條向下傾斜的直線，如圖3所示。圖5-1他勵電動機的固有特性其中（5-5）稱為理想空載轉速（5-6）稱為機械特傾性的斜率，大小反映軟特性與硬特性（5-7）稱為負載時的轉速降由于電樞電路電阻Ra很小,所以機械特性的斜率很小,硬度很大,固有特性為硬特性5.1固有機械特性、、電樞回路不串電阻時的機械特性。其方程式（5-8） 由于較小，特性的斜率β小，所以他勵直流電動機的固有機械特性是一條稍稍向下傾斜的直線，如圖2—5所示，稱為硬特性，其額定轉速變化率（5-9）一般為10%左右。5.2電樞串接電阻的人為機械特性在他勵直流電動機的電樞電路中串入附加電阻RΩ,這時U=Un,Φ=Φn,R=Ra+RΩ機械特性方程為（5-10）由于電動機的電壓和磁通保持不變，所以電動機空載轉速不變。轉速降與斜率則與電樞電路總電阻成正比，這說明電動機的機械特性隨串聯(lián)電阻增大而變軟。機械特性是一組通過理想空載點的直線簇。這種特性可以用。5.3改變電壓時的人為機械特性，，改變電壓時的機械特性方程式為（5-11）特性的斜率不變，與U成正比變化。5.4減弱磁通時的人為機械特性（5-12）來改善啟動性能。6他勵直流電動機的啟動要正確使用電動機，首先碰到的問題是怎么使它啟動？所謂直流電動機的啟動，是指直流電動機接通電源后，轉速由n=0升到穩(wěn)定轉速nl的全過程。要使電動機的啟動過程合理，要考慮的問題包括：①啟動電流Ist的大??；②啟動轉矩Tst的大??；③啟動時間的長短；④啟動過程是否平滑，即加速度是否均勻；⑤啟動過程的能量損耗；⑥啟動設備的簡6.1啟動方法直流電動機的啟動包括直接啟動、降壓啟動和電樞回路串電阻啟動。6.2電樞回路串電阻啟動電樞回路串接電阻，啟動電流為Is=Un/Ra+R,負載轉矩TL可知,啟動過程中要求電動機的電磁轉矩必須大于負載轉矩,即T>TL。根據(jù)要求，可確定串接電阻R的大小，這樣有了加速轉矩后才能使系統(tǒng)啟動，而加速轉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)工藝要求的前提下安全啟動，但隨著轉速的升高，應逐級切除電阻，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串聯(lián)起動變阻器的方法起動。起動前先把起動變阻器調到最大值，加上勵磁電壓，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矩，有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動步驟和起動過程。原理電路和機械特性如下圖所示電路圖特性圖圖6-1他勵電動機電樞串電阻分級起動起動過程起動步驟如下：串聯(lián)起動電阻，加上電樞電路自身電阻，電樞電路的總電阻為=++(6-1)加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變，然后加上電樞電壓，這時電動機的機械特性如圖中的人為特性a。由于起動轉矩遠大于負載轉矩TL電動機拖動生產(chǎn)機械特性a由a1向a2點移動。切除起動電阻當工作點到達a2點，即電磁轉矩T等于切換轉矩T2時，合上開關S2，切除啟動電阻Rst2，電樞電路的總電阻變?yōu)镽1=Ra+Rst1(6-2)這時電動機的機械特性變?yōu)槿藶樘匦詁，切除Rst2的瞬間，轉速來不及改變，工作點由a上的a2點平移到特性b上的b1點，使這時的電磁轉矩T仍等于T1，電動機繼續(xù)加速，工作點沿特性b由b1點向b2點移動。切除起動電阻當工作點到達點，即電磁轉矩T又等于切換轉矩T2時，合上開關S1，切除啟動電阻Rst1，電樞電路的總電阻變?yōu)镽2=Ra(6-3)機械特性變?yōu)楣逃刑匦詂。工作點由b2點平移至c1點，使得這時的電磁轉矩T仍正好等于T1，電動機繼續(xù)加速，工作點沿人為特性c由c1點經(jīng)c2點，最后穩(wěn)定運行在p點。整個啟動過程結束。他勵直流電動機起動電阻的計算以圖2-10為例，取或，,一般要經(jīng)過多次調整，才能繪出圖2－10b所示特性圖，由此圖可以推導得計算分級電阻數(shù)值的公式。nb=nc,，故有Eb=Ec,在b點：(6-4)在C點：(6-5)(6-6)同樣,由D點和E點，可得：(6-7)故有兩級起動時：(6-8)推廣到m級：(6-9)設，稱為起動電流比（起動轉矩比），則得各級電樞電路總電阻的計算公式：(6-10)可見(6-11)如果給定，需求，則(6-12)如需求分段電阻值，有前面公式可得(6-13)計算分級起動電阻，有兩種情況：1.起動級數(shù)m未定：初選求m，整成整數(shù)m計算值計算各級電阻或分段電阻。2.起動級數(shù)m已定，選定計算值計算各級電阻或分段電阻。7設計方案（1）選擇啟動電流I1和切換電流I2=(172.5~230)A=200A（2）求出啟動電流比β =1.5（3）求出電動機的電樞電路電阻Ra（4）求出啟動時的電樞總電阻Rm（5）求出啟動級數(shù)mm=5⑥重新計算β,校驗I2是否在規(guī)定范圍內若m是取相近整數(shù),則需重新計算β再根據(jù)得出的β重新求出，并校驗是否在規(guī)定范圍內。若不在規(guī)定范圍內，需加大起動級數(shù)m,重新計算β和,直到滿足要求為止。=1.51I2=130I2在規(guī)定范圍內求出各級總電阻由此可得：⑧求出各級起動電阻8結論他勵直流電動機串電阻啟動計算方法①選擇啟動電流I1和切換電流I2對應的啟動轉矩對應的切換轉矩對應的切換電流②求出起切電流(轉矩)比β③求出電動機的電樞電路電阻Ra在額定狀態(tài)下運行時④求出啟動時的電樞總電阻Rm⑤求出啟動級數(shù)m⑥重新計算β,校驗I2是否在規(guī)定范圍內若m是取相近整數(shù),則需重新計算β再根據(jù)得出的β重新求出，并校驗是否在規(guī)定范圍內。若不在規(guī)定范圍內，需加大起動級數(shù)m,重新計算β和,直到滿足要求為止。⑦求出各級總電阻⑧求出各級起動電阻參考文獻[1]唐介.電機與拖動.北京:高等教育出版社.2003年[2]劉啟新.電機與拖動基礎.北京:中國電力出版社.2005[3]顧繩谷.電機及拖動基礎.北京:機械工業(yè)出版社.2004[4]湯蘊.電機學.西安:西安交通大學出版社.1993[5]秦曾煌.電工學.北京:高等教育出版社.2004[6]趙明生.電器工程師.北京:機械工業(yè)出版社.2002年目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章總論 41.1項目概況 41.2編制依據(jù) 51.3項目建設內容及規(guī)模 51.4項目投資概算及資金籌措 141.5產(chǎn)品方案 151.6原材料及動力 161.7主要技術經(jīng)濟指標 171.8項目實施進度 181.9研究結論 18第二章項目建設背景和必要性 192.1項目建設背景 192.2項目建設必要性 20第三章市場分析和預測 223.1市場現(xiàn)狀 223.2**縣市場 233.3全國市場 233.4雞肉市場分析 243.5雞蛋市場分析 243.6有機肥市場分析 243.7銷售預測 25第四章項目區(qū)概況 264.1項目區(qū)基本情況 264.2項目區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀 274.3水、電、路、通訊、技術等條件 27第五章項目建設方案 295.1項目建設原則 295.2項目設計依據(jù)的規(guī)范與規(guī)程 295.3項目設計方案 305.4工程設計標準 335.5技術標準 365.6設備選型 53第六章消防安全 576.1消防依據(jù) 576.2消防工作程序 576.3消防安全流程 59第七章節(jié)水與節(jié)能 607.1節(jié)水工程與科技措施 607.2養(yǎng)殖節(jié)能措施 617.3飼料加工節(jié)能措施 617.4電氣節(jié)能措施 627.5減排 62第八章環(huán)境影響和保護措施 638.1環(huán)境保護依據(jù) 638.2項目區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀 638.3環(huán)境影響評價 648.4工程環(huán)境保護措施 648.5“三廢”處理措施 658.6環(huán)境影響綜合評價 65第九章項目組織管理 679.1基本思路 679.2組織管理 679.3施工組織及質量管理 689.4建設及運作方式 69第十章招投標方案 7010.1項目招標執(zhí)行文件及標準 7010.2項目招標范圍、組織形式及方式 7010.3招投標組織 71第十一章建設實施進度安排 7311.1項目建設期 7311.2項目建設進度安排 73第十二章投資估算和資金籌措