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.可修編-.z.課程設(shè)計(jì)名稱:電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)題目:他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)學(xué)期:2013-2014學(xué)年第2學(xué)期專業(yè):班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)二、設(shè)計(jì)任務(wù)對一臺(tái)額定參數(shù)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)展能耗制動(dòng),設(shè)計(jì)求出適宜的制動(dòng)電阻R,并設(shè)計(jì)求出在制動(dòng)電阻R采用穩(wěn)定下放重物時(shí)的轉(zhuǎn)速n。一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)PN=22kW,U=220V,I=115A,n=1500r/min.I=230A,T0忽略不計(jì)?!?〕拖動(dòng)TL=120Nm的對抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行,采用能耗制動(dòng)迅速停機(jī),電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R?〔2〕拖動(dòng)TL=120Nm的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行,采用能耗制動(dòng)以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物,電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R?三、設(shè)計(jì)方案第一天,熟悉題目,查閱有關(guān)資料,并進(jìn)展初步的規(guī)劃。第二天,進(jìn)展設(shè)計(jì),并記錄有關(guān)的數(shù)據(jù)和過程。第三天,繼續(xù)完善設(shè)計(jì)。第四天,完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。第五天,進(jìn)展辯論。課程設(shè)計(jì)成績評(píng)定表學(xué)期第四學(xué)期專業(yè)電氣技術(shù)班級(jí)課題名稱"電機(jī)與拖動(dòng)"課程設(shè)計(jì)論文題目他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20容難易性15綜合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書寫規(guī)性10工作量10總成績100評(píng)語:任課教師王巍時(shí)間年月日備注目錄1.直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造和工作原理11.1直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造11.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理32.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過程42.1直流電動(dòng)機(jī)之他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)42.1.1電流42.1.2轉(zhuǎn)速52.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過程5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過程之迅速停機(jī)6他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過程之下放重物73、參數(shù)的設(shè)定與計(jì)算93.1中間參數(shù)的計(jì)算93.2迅速停機(jī)時(shí)的制動(dòng)電阻103.3下放重物時(shí)的制動(dòng)電阻103.4迅速停機(jī)過程參數(shù)與穩(wěn)定下放重物過程參數(shù)的比照114.結(jié)論12參考文獻(xiàn)13摘要直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)具有制動(dòng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確、能量消耗小等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用于電動(dòng)絞盤。電動(dòng)絞盤需要用電,依靠車輛自身的電力系統(tǒng)即電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤,而根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的平穩(wěn)性等優(yōu)點(diǎn),所以研究直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)有很大的實(shí)際意義。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)過程,〔包括迅速停機(jī)過程和下放重物過程〕,采用圖解法和公式法兩種方法結(jié)合既直觀又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿枋鏊麆?lì)直流電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)過程。其中包括對制動(dòng)電阻的選擇等,以便能耗制動(dòng)更順利的進(jìn)展,讓我們更加了解能耗制動(dòng)的全過程。關(guān)鍵詞:他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī);能耗;制動(dòng).可修編-.z.1.直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造和工作原理1.1直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造直流電動(dòng)機(jī)可分為兩局部:定子與轉(zhuǎn)子。其中定子包括:主磁極,換向磁極,機(jī)座,端蓋等。轉(zhuǎn)子包括:電樞鐵芯,電樞繞組,換向器,風(fēng)扇等。如圖1.1所示:圖1.1定子直流電機(jī)的定子由以下幾局部組成:〔1〕主磁極即原理圖中的N和S級(jí)。它由勵(lì)磁繞組和主磁極鐵芯兩局部組成,如圖1.2〔左〕所示。主磁極鐵芯通常用1~1.5mm厚的鋼板疊壓而成?!?〕換向磁極簡稱換向極。他是位于主磁極之間的比擬小的磁極[圖1.2〔右〕],也由鐵芯和繞組兩局部組成。鐵芯一般用整塊鋼和鋼板加工而成。換向極繞組和電樞繞組串聯(lián)。換向極的作用是用來改善換向。〔3〕機(jī)座用鑄鋼或厚鋼板制成,外形如圖1.2(右)所示。主磁極與換向極都用螺栓固定在機(jī)座的壁上。機(jī)座是構(gòu)成直流電機(jī)磁路的一局部?!?〕端蓋等機(jī)座的兩邊各有一個(gè)端蓋。端蓋的中心處裝有軸承,用來支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸。電刷插在電刷架的刷握中,頂上有一個(gè)彈簧壓板,使電刷在換向器上保持一定的接觸壓力。電刷架固定在端蓋上。圖1.2轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子主體如圖1.3〔左〕所示,它包括以下幾局部:(1)電樞鐵心由圖1.3〔右〕所示的硅鋼片疊成,外表有許多均勻分布的槽。圖1.3(2)電樞繞組實(shí)際的電樞繞組并不像原理圖那樣只有一個(gè)線圈,而是由很多線圈按一定規(guī)則連接起來的。繞組嵌放在電樞鐵心槽。(3)換向器由很多換向片組成,外表呈圓柱形,片與片之間用云母絕緣。(4)風(fēng)扇等。圖1.4是直流電機(jī)組裝后的構(gòu)造圖。圖1.41.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)機(jī)定子提供磁場,直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流,換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體,電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力,當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時(shí),再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸,從而線圈上的電流方向也改變,產(chǎn)生的安培力方向不變,所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生保持方向不變的轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下,電機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械沿著與電磁轉(zhuǎn)矩一樣的方向旋轉(zhuǎn)時(shí),電機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率。與此同時(shí),電源卻向電機(jī)輸出電功率。可見,直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過程2.1直流電動(dòng)機(jī)之他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電路圖如圖2.1所示。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U的作用下,勵(lì)磁繞組過勵(lì)磁電流I,從而產(chǎn)生主磁通。在電樞電壓U作用下,電樞繞組過電樞電流I。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T,從而拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械以*一轉(zhuǎn)速n運(yùn)轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢E,電動(dòng)勢的方向與電樞電流的方向相反。圖2.12.1.1電流在勵(lì)磁電路中,勵(lì)磁電流I=式中,是勵(lì)磁繞組的電阻,一般來說比擬大。在電樞回路中,根據(jù)基爾霍夫電壓定律U=E+RI由此求得電樞電流I=式中R為電樞電路的電阻,它的數(shù)值一般遠(yuǎn)小于勵(lì)磁繞組的電阻R。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式,電樞電流I還滿足下式I=2.1.2轉(zhuǎn)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以用下式表示由此可以得到他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性如圖2.1.2所示2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法和制動(dòng)過程一般來說,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有3種:能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。在此我們選擇的研究方向是能耗制動(dòng)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的特點(diǎn)是:將電樞與電源斷開,串聯(lián)一個(gè)制動(dòng)電阻R,使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),將系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電樞回路的電阻上。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)開場制動(dòng)后,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速到零〔迅速停機(jī)的情況〕或反向一個(gè)轉(zhuǎn)速值〔下放重物的情況〕的過程稱為制動(dòng)過程。對于電動(dòng)機(jī)來講,我們有時(shí)候希望它能迅速制動(dòng),停頓下來,如在精細(xì)儀器的制動(dòng)過程中,液晶顯示屏幕的切割等等,但有的時(shí)候我們卻希望電機(jī)能夠慢慢地停下來,利用慣性來工作。于是,直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)又分為迅速停機(jī)和下放重物兩種方式。2.2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過程之迅速停機(jī)〔1〕狀態(tài)分析制動(dòng)前后的電路如圖2.2.1所示。電動(dòng)狀態(tài)如圖2.2.1〔a〕所示,n與T的關(guān)系制動(dòng)時(shí),如圖2.2.1〔b〕所示,U=0,電樞回路中又增加制動(dòng)電阻n與T的關(guān)系〔a〕電動(dòng)狀態(tài)〔b〕制動(dòng)狀態(tài)〔2〕機(jī)械特性迅速停機(jī)的機(jī)械特性如圖2.2.2中的特性2所示,它是一條通過原點(diǎn)、位于2、4象限的直線。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是對抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。制動(dòng)前,系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上。制動(dòng)瞬間,因機(jī)械慣性,轉(zhuǎn)速來不及變化,工作點(diǎn)由a點(diǎn)平移到能耗制動(dòng)特性2上的b點(diǎn)。這時(shí)T反向,成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,制動(dòng)過程開場。在T和T的共同作用下,轉(zhuǎn)速n迅速下降,工作點(diǎn)沿特性2由b點(diǎn)移至O點(diǎn)。這時(shí),n=0,T也自動(dòng)變?yōu)榱?,制?dòng)過程完畢。能耗制動(dòng)過程的效果與制動(dòng)電阻R的大小有關(guān)。R小,則I大,T大,制動(dòng)過程短,停機(jī)快。但制動(dòng)過程的最大電樞電流,即工作于b點(diǎn)的電樞電流I不得超過I。由圖2.2.1(b)可知式中,E=E,是工作于b點(diǎn)和a點(diǎn)時(shí)的電動(dòng)勢。由此求得2.2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過程之下放重物〔1〕狀態(tài)分析能耗制動(dòng)過程如圖2.2.3〔a〕所示,n與T的關(guān)系平衡時(shí),即能耗制動(dòng)運(yùn)行如圖2.2.3〔b〕所示,n與T的關(guān)系〔a〕能耗制動(dòng)過程〔b〕能耗制動(dòng)運(yùn)行〔2〕機(jī)械特性下放重物的機(jī)械特性如圖2.2.4中的特性2所示,它也是一條通過原點(diǎn)、位于2、4象限的直線。設(shè)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,制動(dòng)前,系統(tǒng)工作在機(jī)械特性1與負(fù)載特性3的交點(diǎn)a上,電動(dòng)機(jī)以一定的速度提升重物。在需要穩(wěn)定下放重物時(shí),讓電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)狀態(tài)。工作點(diǎn)由機(jī)械特性1上的a點(diǎn)平移到特性2上的b點(diǎn),并迅速移動(dòng)到O點(diǎn),這一階段,電動(dòng)機(jī)處于能耗制動(dòng)過程中。當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)時(shí),T=0,但是T>0,在重物的重力作用下,系統(tǒng)反向起動(dòng),工作點(diǎn)將由O點(diǎn)下移到c點(diǎn),T=T,系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行,這時(shí)n反向,電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定下放重物,即能耗制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。同樣,能耗制動(dòng)運(yùn)行的效果與制動(dòng)電阻的大小有關(guān),小,特性2的斜率小,轉(zhuǎn)速低,下放重物慢(在滿足要求)。則在c點(diǎn)時(shí):=下放重物時(shí),和方向相反,與T方向一樣,故T=-.可見,假設(shè)要以轉(zhuǎn)速下放負(fù)載轉(zhuǎn)矩為的重物時(shí),制動(dòng)電阻應(yīng)為:—忽略,則:=3、參數(shù)的設(shè)定與計(jì)算對一臺(tái)額定參數(shù)的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)展能耗制動(dòng),設(shè)計(jì)求出適宜的制動(dòng)電阻R,并設(shè)計(jì)求出在制動(dòng)電阻R采用穩(wěn)定下放重物時(shí)的轉(zhuǎn)速n。一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)PN=22kW,U=220V,I=115A,n=1500r/min.I=230A,T0忽略不計(jì)?!?〕拖動(dòng)TL=120Nm的對抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行,采用能耗制動(dòng)迅速停機(jī),電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R?〔2〕拖動(dòng)TL=120Nm的位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行,采用能耗制動(dòng)以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物,電樞電路中至少要串聯(lián)多大的制動(dòng)電阻R?3.1中間參數(shù)的計(jì)算忽略T,則=Ω=0.25Ω3.2迅速停機(jī)時(shí)的制動(dòng)電阻由此可知,該他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在采用能耗制動(dòng)的迅速停機(jī)時(shí)電樞電路應(yīng)串聯(lián)的制動(dòng)電阻至少為0.6。3.3下放重物時(shí)的制動(dòng)電阻由于1.0443>0.6,滿足要求,所以該他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用能耗制動(dòng)以1000r/min的速度穩(wěn)定下放重物時(shí),在電樞電路中應(yīng)串聯(lián)1.0443的制動(dòng)電阻。3.4迅速停機(jī)過程參數(shù)與穩(wěn)定下放重物過程參數(shù)的比照表3-1迅速停機(jī)參數(shù)電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)迅速停機(jī)(kW)(V)(A)(r/min)(A)(N·m)(Ω)(V)(A)(V)(Ω)2222011515002301200.25191.30.12751.218298.51195.37≥0.6表3-2穩(wěn)定下放重物參數(shù)電機(jī)給定參數(shù)中間參數(shù)下放重物(kW)(V)(A)(r/min)(A)n(r/min)(N·m)(Ω)(V)(A)(Ω)22220115150023010001200.25191.30.12751.218298.511.04434.結(jié)論直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有多種,包括能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)??紤]到能耗制動(dòng)被廣泛應(yīng)用到汽車的電動(dòng)絞盤,所以本課程設(shè)計(jì)的研究方向是能耗制動(dòng),根據(jù)制動(dòng)要求和條件的不同能耗制動(dòng)又分為迅速停機(jī)和下放重物,并以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)展分析。首先,本設(shè)計(jì)先介紹了直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造組成和工作原理,文字說明的同時(shí)也附加了圖像,使描述更具體容易理解。其次,是制動(dòng)的詳細(xì)過程,包括迅速停機(jī)和下放重物,迅速停機(jī)和下放重物又同時(shí)用狀態(tài)分析和機(jī)械特性兩種角度進(jìn)展描述和分析,并附有圖像說明和公式分析。最后,參考相關(guān)資料本設(shè)計(jì)給出了一組合理的狀態(tài)數(shù)據(jù),并根據(jù)以上公式計(jì)算出兩種情況下的制動(dòng)時(shí)所需電阻R的大小要求,并以表格的形式給出比照。短短的一周課程設(shè)計(jì),讓我收獲很多,通過查閱資料,仔細(xì)安排課程設(shè)計(jì)的全過程,讓我對直流電動(dòng)機(jī)的根本構(gòu)造、工作原理有了更為清楚的認(rèn)識(shí),同時(shí)通過對他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的研究與學(xué)習(xí),更加深刻的了解了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)及能耗制動(dòng)的工作過程。但是,在這幾天的課程設(shè)計(jì)中,遇到了不少困難,認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)面的狹窄,動(dòng)手動(dòng)腦能力的缺乏,做事的細(xì)心程度不夠等各種缺點(diǎn),這些都需要以后在不斷地學(xué)習(xí)和實(shí)
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