直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計(jì)(二)

1、指導(dǎo)教師評定成績：審定成績：重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計(jì)學(xué)校：重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院學(xué)生姓名：專業(yè)：班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：I課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)某工廠有一臺他勵直流電動機(jī)，已知參數(shù)如下：05111101:PN=100KW5n二360VIon=277AnN=3200r/min三、設(shè)計(jì)計(jì)劃電機(jī)與拖動課程設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)6天內(nèi)完成。前三天查找并收集相關(guān)資料，之后兩到3天總結(jié)并整理設(shè)計(jì)的內(nèi)容，最后1天系統(tǒng)的進(jìn)行相關(guān)課題的設(shè)計(jì)，反映到書面上來。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)包含直流電動機(jī)工作原理；2、電動機(jī)的機(jī)械特性分析說明；3、分析說

2、明直流電機(jī)串電阻啟動適用場合；ii4 他勵直流電動機(jī)啟動方法，詳細(xì)說明串電阻啟動（包含啟動過程分析）；5 串電阻啟動方案分析設(shè)計(jì)計(jì)算四設(shè)計(jì)要求1 設(shè)計(jì)工作量是按要求完成設(shè)計(jì)說明書一份；2 設(shè)計(jì)參數(shù)：學(xué)號20：I1=2.0In,12=1.2IN；Il啟動電流，12為切換電流3 計(jì)算出合理的啟動級數(shù)m;4 設(shè)計(jì)求解出各級串入的電阻值；5 設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃按期完成；6 結(jié)論7 設(shè)計(jì)說明書必須經(jīng)指導(dǎo)老師審查簽字。指導(dǎo)教師：時(shí)間：2013.12.514摘要直流電動機(jī)是人類最早發(fā)明的一種電機(jī)。直流電機(jī)可作為電動機(jī)用，也可作為發(fā)電機(jī)用。滯留電動機(jī)是將直流電轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的而帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的電器設(shè)備。與交

3、流電動機(jī)相比，直流電動機(jī)因結(jié)果復(fù)雜，維護(hù)困難，價(jià)格較貴等卻點(diǎn)制約了它的發(fā)展，但是它具有良好的啟動，調(diào)速和制動性能，因此在速度調(diào)節(jié)要求較高，正反轉(zhuǎn)和啟動頻繁或多個(gè)單元同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍廣泛采用直流電動機(jī)拖地。在工業(yè)領(lǐng)域中直流電動機(jī)仍占有一席之地。因此有必要了解直流電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。關(guān)鍵詞直流電動機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)特性制動性能目錄前言VI第1章VII1.1直流電動機(jī)的工作原理VII第2章IX2.1 直流電動機(jī)的分類IX2.1.1 他勵直流電機(jī)IX2.1.2 并勵直流電機(jī)IX2.1.3 串勵直流電機(jī)IX2.1.4 復(fù)勵直流電機(jī)IX第3章XI3.1電動機(jī)的機(jī)械特性XI第4章XIII4.1 他勵直流電

4、動機(jī)串電阻起動XIII4.1.1. 增加電樞電阻起動XIII第5章XVII5.1 直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計(jì)方案XVII5.1.1 選擇啟動電流I1和切換電流I2XVII5.1.2 求出起切電流比PXVII5.1.3 求出電動機(jī)的電中區(qū)電路電阻RaXVII5.1.4 求出啟動時(shí)電樞電路的總電阻RamXVII5.1.5 求出啟動級數(shù)mXVII5.1.6 重新計(jì)算P,校驗(yàn)I2XVIII5.1.7 求出各級總電阻XVIII5.1.8 求出各級啟動電阻XVIII結(jié)論XIX心得與體會XX參考文獻(xiàn)XXI、兒、,刖百他勵直流電動機(jī)在啟動瞬間，轉(zhuǎn)速n=0,電動勢E=0,由電樞電流方程式（1）可知，啟動電流如

5、式（2）所示。在額定電壓下直接啟動時(shí)，由于Ra很小，Is很大，一般可達(dá)電樞電流額定的1020倍。這樣打的電流是換向所不允許的。同時(shí)由式（3）可知，啟動轉(zhuǎn)矩也能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的1020倍。雖然啟動轉(zhuǎn)矩大可以使電機(jī)加速快，但是過大的啟動轉(zhuǎn)矩會使電動機(jī)和它所拖動的生產(chǎn)機(jī)械遭受突然的巨大沖擊，以致?lián)p壞傳動機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)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(jī)，因電樞繞組導(dǎo)線細(xì)、電樞電阻Ra大、轉(zhuǎn)動慣量又比較小，可以直接啟動外，一般的直流電動機(jī)是不允許采用直接啟動。(1)(3),Ua-EIa=Ra,UaIs=RaT=Ctla因此，必須將啟動電流限制在運(yùn)行范圍之內(nèi)。由式（2）可以看出，方法有兩個(gè)

6、：降低電樞電壓Ua和增加電樞電阻Ra。第1章1.1直流電動機(jī)的工作原理由于電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱觿?。電刷上不加直流電壓，用原動機(jī)拖動電樞使之逆時(shí)針方向恒速轉(zhuǎn)動，線圈兩邊就分別切割不同極性磁極下的磁力線，而在其中感應(yīng)產(chǎn)生電動勢，電動勢方向按右手定則確定。這種電磁情況表示在圖上。由于電樞連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，因此，必須使載流導(dǎo)體在磁場中所受到線圈邊ab和cd交替地切割N極和S極下的磁力線，雖然每個(gè)線圈邊和整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢的方向是交變的線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是一種交變電動勢，而在電刷A,B端的電動勢卻為直流電動勢（說得確切一些，是一種方向不

7、變的脈振電動勢）。因?yàn)椋姌性谵D(zhuǎn)動過程中，無論電樞轉(zhuǎn)到什么位置，由于換向器配合電刷的換向作用，電刷A通過換向片所引出的電動勢始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動勢，因此，電刷A始終有正極性。同樣道理，電刷B始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動勢。如每極下的線圈數(shù)增多，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動勢。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。同時(shí)也說明子直流發(fā)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。從基本電磁情況來看，一臺直流電機(jī)原則上既可工作為電動機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，只是約束的條件不同而已。在直流電機(jī)的兩電刷端上，加上直流電壓，將電能輸入電樞，機(jī)械能從電機(jī)軸上輸出，拖動生

8、產(chǎn)機(jī)械，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而成為電動機(jī)，如用原動機(jī)拖動直流電機(jī)的電樞，而電刷上不加直流電壓，則電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源，可輸出電能，電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而成為發(fā)電機(jī)。同一臺電機(jī)，能作電動機(jī)或作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的這種原理.在電機(jī)理論中稱為可逆原理。第2章2.1 直流電動機(jī)的分類根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型2.1.1 他勵直流電機(jī)勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵直流電機(jī)，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵直流電機(jī)。2.1.2 并勵直流電機(jī)并勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)

9、，接線如圖（b）所示。作為并勵發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機(jī)來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機(jī)相同。2.1.3 串勵直流電機(jī)串勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機(jī)的勵磁電流就是電樞電流。2.1.4 復(fù)勵直流電機(jī)復(fù)勵直流電機(jī)有并勵和申勵兩個(gè)勵磁繞組，接線如圖（d）所示。不同勵磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動機(jī)的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復(fù)勵式。3.1電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速用與轉(zhuǎn)矩7的關(guān)系因。機(jī)械特性是電動機(jī)機(jī)械性能T_T=空電的主要表現(xiàn)，它與負(fù)載的機(jī)械特性

10、兇二/（4）,運(yùn)動方程式一工一三"一龍相聯(lián)系，將決定拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及過渡過程的工作情況。機(jī)械特性中的7是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩E是不同的，其間差一空載轉(zhuǎn)矩方，即:在一般情況下，因?yàn)榭蛰d轉(zhuǎn)矩力相比T或4很小，所以在一般的工程計(jì)算中可以略去%,即:T華馬二F- '2m"so-已知直流電動機(jī)的機(jī)械特性方程式為URpn=TQC©V式中K為電樞回路總電阻，包括用及電樞回路串聯(lián)電阻斗，匕為R理想空載轉(zhuǎn)速記為“。，記為胃,為機(jī)械特性的斜率。當(dāng)U二U弟，二卅，電樞回路沒有用電阻時(shí)的機(jī)械特性稱為直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性。當(dāng)改變V或中或電樞回路用電阻時(shí)，具機(jī)械特

11、性的/或£將相應(yīng)變化，此時(shí)稱為直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性。若不計(jì)電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，其機(jī)械特性是一條橫跨I、II、IV象限的直線。其中第I象限為電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，具特點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向（轉(zhuǎn)速火的方向）相同，第II、IV象限為制動運(yùn)行狀態(tài)。4.1 他勵直流電動機(jī)串電阻起動4.1.1. 增加電樞電阻起動在實(shí)際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級起動電阻，那么用電阻起動由于其起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時(shí)可以做到平滑快速起動，因而得到廣泛應(yīng)用。但對于不同類型和規(guī)格的直流電動機(jī)，對起動電阻的級數(shù)要求也不盡相同。下面僅以直流他勵電動機(jī)電樞回路用電阻起動為例說明起動過程。1、啟動過

12、程分析如圖(a)所示，當(dāng)電動機(jī)已有磁場時(shí)，給電樞電路加電源電壓U。觸點(diǎn)KM1、KM2均斷開，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。這是啟動電流為I1=R_Ura-Rk1Rk2與起動電流所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為如圖(b)中的曲線1所示。T1。對應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性(a)電路圖(b)特性圖圖4直流他勵電動機(jī)分二級起動的電路和特性根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的基本運(yùn)動方程式T-TL=Jd dt式中T電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；TL由負(fù)載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩；J電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量；由于起動轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,電動機(jī)受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動機(jī)開始起動。在圖

13、（b）上，由a點(diǎn)沿曲線1上升，反電動勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動機(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，切除一段起動電阻RK1ob點(diǎn)所對應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流，其對應(yīng)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除R后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+R2。這時(shí)電動機(jī)對應(yīng)于由電阻Ra2所確定的人為機(jī)械特性，見圖（b）中曲線2。在切除起動電阻RK1的瞬間，由于慣性電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb,其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值R,使切除R后的電樞電流剛好等于Ii,所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2,即在曲線2上的c

14、點(diǎn)。又有T1>T2,電動機(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，又切除一切起動電阻R2o同理，由d點(diǎn)過度到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I2突增到Ii,相應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T10T1>TL,沿固有特性加速到g點(diǎn)T=TL,n=ng電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動過程結(jié)束。在分級起動過程中，各級的最大電流11（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，使得起動過程有較均勻的加速。要滿足以上電樞回路用接電阻分級起動的要求，前提是選擇合適的各級起動電阻。下面討論應(yīng)該如何計(jì)算起動電阻。2、起動電阻的計(jì)算在圖（b）中

15、，對a點(diǎn)，有I1=Ra1Ra1=UI1當(dāng)從曲線1（對應(yīng)于電樞電路總電阻Ra1=ra+R+R2）轉(zhuǎn)換得到曲線2（對應(yīng)于總電阻Ra2=ra+R2）時(shí)，亦即從點(diǎn)轉(zhuǎn)換到點(diǎn)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,即電動勢Eb=Ec,這樣在點(diǎn)有I2=U-UbRaiIi=3Ra2兩式相除，考慮到Eb=Ec,彳#!I2Ra2同樣，當(dāng)從d點(diǎn)轉(zhuǎn)換到e點(diǎn)時(shí)，得U=R2I2ra這樣，如圖4所示的二級起動時(shí)，得=亙=必I2Ra2ra推廣到m級起動的一般情況，得二='=莊=.=31曰=目I2Ra2raRama式中人為最大起動電流Il與切換電流I2之比，稱為起動電流比（或起動轉(zhuǎn)矩比），它

16、等于相鄰兩級電樞回路總電阻之比。由此可以推出巴=5ra式中m為起動級數(shù)。由上式得如給定兒，求m,可將式=Pm取對數(shù)得raRai）igI、raJm=：-lg:由式=上=R1=R-2=-=Ra（m-1）=Ram可得每級電樞回路總電阻進(jìn)而求出I2Ra2raRamra各級啟動電阻為：R2=Ra2-Ra3R3=Ra3-Ra4R(m-1)=Ra(m-1)-RamRm=Ram-ra起動最大電流Ii及切換電流I2按生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求確定，一般I1=(2.02.5)IaNI2=(1.11.2)IaNXVI5.1 直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計(jì)方案5.1.1 選擇啟動電流I1和切換電流I2Ii=(22.5)In=(

17、22.5)X277a=(554692.5)A12=(1.11.2)In=(1.11.2)X277A=(304.7332.4)A選擇I1=554A,12=332.4A5.1.2 求生起切電流比Pi1:=1.667122 UnIn-Pn 10335.1.3 求生電動機(jī)的電樞電路電阻Ra(取Ra=0.075(C)5.1.4 求生啟動時(shí)電樞電路的總電阻RamRamUN=360/554=0.6501111lgRamRa5.1.5 求生啟動級數(shù)m,0.650lg10.0823),4lg1.667取m=4xvii5.1.6 重新計(jì)算P,校驗(yàn)I2mRam=1.715RaI1I2=323.0上I2在規(guī)定范圍之內(nèi)

18、5.1.7 求由各級總電阻R4=1R3=1.715*0.178=0.649R3=-R2=1.715*0.151=0.37811R2=R=1.715*0.129=0.221-R1=:Ra=1.715*0.075=0.129R0=Ra=0.075115.1.8 求生各級啟動電阻Rst1=R1-R0=(0.129-0.075)11=0.05411Rst2=R2-R1=(0.221-0.129)11=0.106911Rst3=R3-R2=(0.378-0.221)=0.157'Rst4=R4-R3=(0.649-0.378)11=0.2711121結(jié)論根據(jù)以上的設(shè)計(jì)實(shí)踐，他勵直流電動機(jī)用電阻啟動計(jì)算方法可歸結(jié)如下：擇啟動電流和切換電流啟動電流為對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩切換電流為對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩T;求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比； 求出電動機(jī)的電樞電路電阻； 求出啟動時(shí)的電樞總電阻；求出啟