直流電機(jī)串電阻啟動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、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)學(xué) 校： 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 年 月 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院目 錄一、直流電動(dòng)機(jī)的綜述41.1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理41.2直流電動(dòng)機(jī)的分類51.3直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)5二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)52.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性52.2固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性6三、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7 3.1直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程分析8 3.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算9四、設(shè)計(jì)內(nèi)容10五、結(jié)論11六、心得體會(huì)12七、參考文獻(xiàn)12一、直流電動(dòng)機(jī)的綜述1.1直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理圖1 是一臺(tái)最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)

2、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abcd，線圈的兩端分別接到相互絕緣的兩個(gè)弧形銅片上，弧形銅片稱為換向片，它們的組合體稱為換向器。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abcd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)成的整體稱為電樞。如果將電源正負(fù)極分別接電刷A和B,則線圈abcd中流過(guò)電流。在導(dǎo)體ab中，電流由a流向b，在導(dǎo)體cd中，電流由c流向d，如圖（a）所示。載流導(dǎo)體ab和cd均處于N和S極之間的磁場(chǎng)當(dāng)中，受到的電磁力的作用。用

3、左手定則可知，載流導(dǎo)體ab受到的電磁力F的方向是向左的，力圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，載流導(dǎo)體cd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)较颍拐麄€(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cd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cd中的電流變?yōu)橛蒬流向c，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cd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?使電樞沿逆時(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）

4、所示的情況。這就是直流電動(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。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，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。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、電車等，都用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。二、他勵(lì)直流

5、電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)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。在電樞電壓Ua的作用下，電樞繞組中通過(guò)電樞電流Ia。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生機(jī)械以某一轉(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(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U為常數(shù)，勵(lì)磁電流If為常數(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。圖 2. 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電路原理圖 圖 3.

6、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式： 電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 電磁轉(zhuǎn)矩 電樞電路電壓平衡方程： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程：由電磁轉(zhuǎn)矩方程可得到，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：式中：。 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。 (1)或 由式（1）可知，越大，越大，機(jī)械特性曲線越斜，稱之為軟特性；反之將小、小的特性稱硬特性。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)械特性稱為他勵(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)械特性稱為人

7、為機(jī)械特性。電樞回路串電阻使斜率增大，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。圖4 電樞串電阻時(shí)的人為特性 圖5 變電壓時(shí)的人為特性圖6 弱磁時(shí)的人為特性三、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，保持勵(lì)磁電流為額定值不變，電樞電壓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

8、最大值，加上勵(lì)磁電壓，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，加上勵(lì)磁電壓，保持勵(lì)磁電流為額定值不變，然后加上電樞電壓，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)，依次切除起動(dòng)電阻，直到電樞電路的總電阻變?yōu)殡姌须娐纷陨淼碾娮瑁麄€(gè)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。其中，要注意的就是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流不會(huì)超過(guò)所允許的最大電樞電流，所以，對(duì)應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為。并且為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，減少起動(dòng)時(shí)間，一般選擇

9、切換轉(zhuǎn)矩為，對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流為。圖4-1圖4-23.1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，即隨著電動(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，電流降至（圖中b點(diǎn)）時(shí)，接觸器KM1觸頭閉合，將電阻短接，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)速升高至電流又降至（圖中d點(diǎn)）時(shí)，接觸器KM2觸頭閉合，將電阻短接，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)

10、加速。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至電流又降至（圖中f點(diǎn)）時(shí)，接觸器KM3觸頭閉合，將電阻短接，由于機(jī)械慣性轉(zhuǎn)速不能突變，電動(dòng)機(jī)將瞬間過(guò)渡到固有特性曲線4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I1和切換電流I2為保證與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)電流不會(huì)超過(guò)所允許的最大電樞電流，選擇，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。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)矩為對(duì)應(yīng)的切換電流I2為。（二）求出起切電流比（三）求出電動(dòng)機(jī)的電樞電路電阻可以根據(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T0的情況下，因此，在額定狀態(tài)下進(jìn)行時(shí)，

11、。（四）求出啟動(dòng)時(shí)電樞啟動(dòng)總電阻m級(jí)啟動(dòng)時(shí)電樞啟動(dòng)總電阻為。（五）求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm的計(jì)算公式為（六）重新計(jì)算，校驗(yàn)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。根據(jù)式重新計(jì)算，并根據(jù)重新計(jì)算，并校驗(yàn)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)算和，直到滿足要求為止。（七）求出各級(jí)總電阻 （八）求出各級(jí)啟動(dòng)電阻（九）若啟動(dòng)級(jí)數(shù)已定,計(jì)算步驟如下：選擇電流，計(jì)算出，根據(jù)求出的效驗(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：1）選擇啟動(dòng)電流I1和切換電流I2I1=(1.52.0)IaN=(1.52.

12、0)116.3=(174.45232.6)AI2=(1.1 1.2)IaN=(1.11.2) 116.3=(127.93139.56)選擇I1=210，I2=131.25。2）求出起切電流比=1.63）求出電樞回路電阻RaRa=(1/22/3)UNIN-PN/I2NRa=0.1330.177取Ra=0.1734）求出啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻RamRam=1.0485）求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm=3.83取m=46）重新計(jì)算，校驗(yàn)I2=1.57I2=133.75I2在規(guī)定范圍之內(nèi)。7）求出各級(jí)總電阻R4=4Ra=1.5740.173=1.05R3=3Ra =1.5730.173=0.669R2=2Ra=1.

13、5720.173=0.426R1=Ra=1.570.173=0.272R0=Ra=0.1738）求出各級(jí)啟動(dòng)電阻Rst1=R1-R0=(0.272-0.173)=0.099Rst2=R2-R1=(0.426-0.272)=0.154Rst3=R3-R2=(0.669-0.426)=0.243Rst4=R4-R3=(1.05-0.669)=0.381五、結(jié)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。一般對(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