电机与拖动课程设计--他励直流电动机串电阻启动的设计.docx

课程设计名称： 电机与拖动 题 目： 他励直流电动机串电阻启动的设计 专 业：自动化班 级：11-4姓 名：曹飞道学 号：1105010401摘要直流电动机的调速性能好等优点，使得直流电动机得到广泛的应用。其中的他励直流电动机励磁绕组与电枢绕组不相关，从而使得它的机械特性很硬，调速范围宽。在对他励直流电动机的串电阻启动的设计过程中，关键在于根据电机的机械要求，求出启动电流I1与切换电流I2之比，进而求出启动级数m和各级启动电阻，最终完成对他励直流电动机串电阻启动的设计任务。关键词：他励直流电动机；启动级数；各级启动电阻；目录引言- 1 -1 他励直流电动机的机械特性介绍- 2 -1.1他励直流电动机的机械特性- 2 -2 他励直流电动机的串电阻启动- 3 -2.1 启动过程分析- 3 -2.2计算启动电阻- 4 -3直流电动机电枢串电阻启动设计方案- 6 -3.1选择启动电流I1和切换电流I2- 6 -3.2求出切换电流比- 6 -3.3求启动时电枢电路的总电阻- 6 -3.4求出启动时的电枢电路的总电阻Ram- 6 -3.5重新计算，校验I2- 6 -3.5 求出各级总电阻- 7 -3.6 求出各级启动电阻- 7 -4结论- 8 -心得体会- 9 -参考文献- 10 -辽宁工程技术大学课程设计引言直流电动机是将电能转换为机械能的装置。它具有调速性能好、启动和制动转矩大、过载能力强等优点，使得直流电动在国民生产过程中占据着不可取代的位置，因此广泛应用于启动和调试要求高的机械上。例如轧钢机床、电车、电气轨道牵引、挖掘机械、纺织机械等。直流电动机的性能与它的励磁方式有密切关系。按照励磁方式的不同，直流电动机可以分为：他励直流电动、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动。这里的他励直流电动机是指，励磁绕组与电枢绕组五了解关系，而由他励直流电源对励磁绕组供电的直流电动机。他励直流电动机广泛应用于造纸、印刷、纺织和冶金等多种领域，调速范围宽，机械特性硬的场合。由于直接启动时的启动电流很大，考虑到电机的安全，往往不能直接启动电动机。电机的启动设计方案直接关系着电机的使用寿命。他励直流电动的启动方式有电枢回路串电阻启动和降压启动。这里仅介绍电枢回路串电阻启动设计方案的方法和具体步骤。 - 1 -1 他励直流电动机的机械特性介绍 1.1他励直流电动机的机械特性已知他励直流电动机的机械特性方程式为：n= 公式中R为电枢总电阻，包括Ra及电枢回路串联电阻Ram,为理想空载转速记为n0, 记为，为机械特性的斜率。当U=UN，=N，电枢回路没有串电阻是的机械特性称为直流电动机的固有机械特性。当改变U或者或者电枢回路串电阻时，其机械特性的n0,或将相应变化，此时称为直流电动机的人为机械特性。若不计电枢反应的影响，当电动机正向运行时，其机械特性是一条横跨、象限的直线。其中第象限为电动机运行状态，其特点是电磁转矩的方向与旋转方向相同，第、象限为制动运行状。2 他励直流电动机的串电阻启动在实际应用中，由于串电阻启动设备简单、经济可靠，同时可以做到平滑快速启动，因而得到广泛应用。但对于不同型号的的直流电动机，对启动电阻的级数要求也不尽相同。下面仅以他励直流电动机电枢串电阻启动为例说明启动过程。2.1 启动过程分析如图2-1所示，当电机已有磁场时，给电枢电路加上电源U。触点S1、S2均断开，电枢串入了电阻R1+R2，电枢回路的总电阻为R=r+R1+R2。这时的启动电流为： I1=与启动电流对应的转矩为T1。对应于有电阻所确定的人为机械特性如图2-2中的曲线1所示。1 图2-1 图2-2 由于启动转矩T1大于负载转矩TL，转速由零逐渐上升，电动机开始启动。由直流电机的基本方程可知： Ea=Cen; Te=CtIa; Ia=;在图2-2上，由a点沿曲线1上升，反电动势亦随之上升，电枢电流下降，电动机的转矩随之下降，加速转矩减少的。上升到b点时，为保证一定的加速转矩，控制触点S1闭合，切除一段启动电阻R1。b点所对应的电枢电流I2称为切换电流。切除R1后，电枢回路的总电阻为R=r+ R2。这时电动机对应于由电阻R2所确定的人为机械特性曲线，见图2-2，中曲线2。在切除R1的瞬间，由于电动机的惯性，电动机的转速不变，其反电动势也不变。由于电枢电流的突增，其相应的电动机的转矩也突增。恰当的选择电阻，可以确保电枢电流和转矩在设计的要求范围之内。又有TeTL，电动机在加速转矩的的作用下，由C点沿曲线2上升到d点。控制点S2闭合，切除所有的启动电阻。同理，由d点过渡到e点，而且e点正好在固有特性曲线上。TeTL沿固有特性曲线加速到g点Te=TL电动机稳定运行，启动过程结束。在分级启动的过程中，各级的最大电流及切换电流时不变的，这样，使得启动过程有较均匀的加速。要满足以上电枢回路串联电阻分级启动的要求，前提是选择合适的各级启动电阻一下套路应该如何计算启动电阻。2.2计算启动电阻在图2-2中，对a点，有I1=即 Ra1= 当曲线1转换到曲线2时，即从a点转换到b点时，由于切除电阻时，转速和反电动势都保持不变，这样在b点有I2=在c点 I1= 两式相除，考虑到Eb=Ec，得 同样，当从d点转换到点e时,得这样，如图2-1所示的二级启动时，得推广到m级的一般情况，得=式中的为最大电流I1与切换电流I2之比，称为启动电流比，它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。由此可以推出 式中的m为启动级数。由上式得亦有 由式=可得每级电枢回路总电阻进而求出各级启动电阻为： R1=Ra1-Ra2 R2=Ra2-Ra3 R3=Ra3-Ra4 R(m-1)=Ra(m-1)-Ram Rm=Ram-r 启动最大电流I1及切换电流I2按生产机械的工艺要求确定，一般 I1=(1.52.0)IaN I2=(1.11.2) IaN3 直流电动机电枢串电阻启动设计方案3.1选择启动电流I1和切换电流I2I1=(1.52.0)IaN=(1.52.0)A=(745.5994)A I2=(1.11.2) IaN=(1.11.2) A=(546.7596.4)A 选择I1=840A, I2=560A。3.2 求出切换电流比 = 3.3 求启动时电枢电路的总电阻Ram=3.4求出启动时的电枢电路的总电阻Ram=4.76取 m=53.5重新计算，校验I2=1.47I2=571AI2在规定的范围之内。3.5 求出各级总电阻R5=R4=R3=R2=R1=R0=r=3.6 求出各级启动电阻 Rst1=R1-R0= Rst2=R2-R1= Rst3=R3-R2= Rst4=R4-R3= Rst5=R5-R4=4 结论根据以上设计方案，他励直流电动机串电阻启动计算方法可以总结如下：一、 选择启动电流I1和切换电流I2启动电流为I1；切换电流为I2；二、求出启动电流和切换电流之比； 三、求出电动机的电枢电路电阻r; 四、求出启动时的电枢总电阻Ram; 五、求出启动级数m； 六、重新计算,校验I2是否在规定的范围内； 若m是取相近整数，则需重新计算I2； 再根据得出的重新求出I2，并校验I2是否在规定的范围内。若不在规定的范围内，需加大启动级数m重新计算和I2，直到符合要求为止。 七、求出各级总电阻； 八、求出各级启动电阻；心得体会 经过为期一周的研究和设计，最终顺利的完成了电力与拖动的课程设计他励直流电动机串电阻启动的设计。在查找资料的过程中，进一步了解了他励直流电动机串电阻启动的分析过程和计算方法。加深了在课堂上学习的内容。同时体会到了，学习和实践的重要性。在设计的过程中，也进一步历练自己，增强了独立发现问题、思考并