他励直流电动机电枢串电阻启动设计..

1、课程设计名称：电机与拖动题目：.班 级:姓 名:电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期2011/2012 第 2 学期姓名崔彬彬专业电气工程及其自动化班级电气 10-2 班课程名称电机与拖动课程设计设计题目他励直流电动机电枢串电阻启动设计成绩 评分项目优良中及格不及格设 计表 现1. .设计态度非常认真认真较认真一般不认真2. .设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3. .独立工作能力强较强能独立设计 完成 基本独立设 计完成不能独立设 计完成4. .上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以 上设 计说 明书5. .设计内容设计思路清 晰，结构方案 良好，设计

2、参 数选择正确，条理清楚，内 容完整，结果 正确设计思路清 晰，结构方案 合理，设计参 数选择正确， 条理清楚，内 容较完整，极少量错误设计思路较 清晰，结构方 案基本合理，设计参数选 择基本正确， 调理清楚，内 容基本完整， 有少量错误设计思路基 本清晰，结构 方案基本合 理，设计参数 选择基本正确，调理清 楚，内容基本 完整，有些错 误设计思路不 清晰，结构方 案不合理，关 键设计参数 选择有错误， 调理清楚，内 容不完整，有明显错误6. .设计书写、字体、 排版规范、整洁、 有条理，排版 很好较规范、整 洁、有条理， 个别排版有 问题基本规范、整 洁、有条理， 个别排版有 问题基本规范、

3、整 洁、有条理， 排版有问题 较多不规范、 不整 洁、无条理， 排版有问题 很大7. .封面、目录、参 考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图纸8. .绘图效果很出色较出色一般较差很差9. .布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10. .绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标 准个别不符合 标准 完全不符合 标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级； 如优秀评定，设计内容要符合5,其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。评定教

4、师签字:课程设计任务书一、设计题目他励直流电动机电枢串电阻起动的设计二、设计任务1、说明直流电动机的基本结构和工作原理；2、说明直流电动机的起动方法和起动过程；3、选择他励直流电动机电枢串电阻方式，按给定参数计算串联电阻值。三、设计计划电机与拖动课程设计共计1周内完成。第 I2天查资料，熟悉题目；第35天方案分析，具体按步骤进行设计及整理设计说明书；第6天准备答辩；第7天答辩。四、设计要求1、设计工作量为按要求完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；最终成绩:3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。指 导 教师：荣德生 王继强 刘春喜 李国华时间：2012年6月23日摘要直

5、流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速 或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。 从控制的角度来看，直流调速还是交 流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础， 采用运算放大器、非线 性集成电路以及少量的数字电路组成， 控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系 统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。 随着单 片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成， 为直流电动机 的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可 以节约人力资源和降低系统成本，从而有

6、效的提高工作效率。本设计主要研究了他励直流电动机、 并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电 动机的运行特性和他励直流电动机的起动，尤其是他励直流电动机串电阻起动的设计方 法。关键词：直流电动机；起动；串电阻；运行特性辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计1目录绪论.2.1 直流电动机的工作原理 .3.2 直流电动机的结构 .4.2.1 定子. 4.2.2 转子.4.3 直流电动机的分类. 5.3.1 他励直流电动机.5.3.3 串励直流电动机.5.3.4 复励直流电动机.5.4 他励直流电动机的起动 .6.4.1 直接起动.6.4.2 降电压起动.6.4.3 电枢串电阻起动.6.5 他励直流电

7、动机电枢串电阻起动设计 .8.6 结论.1.0.7 心得体会.1.1.参考文献. 1.2辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计2绪论直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。 直流电机可作为电动机用，也可作为发电机用。直流电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。与交流电动机相比，直流机因结构复杂、 维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它 具有良好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和起动频繁或多个 单元同步协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动机拖动。在工业领域直流电动机仍 占有一席之地。因此有必要了解直流电动的运行特性。 在四种直流电动机中，他励电

8、动机 应用最为广泛。辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计31直流电动机的工作原理如图 1-1 所示，电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的转轴与机械负载相连，这是便有电流从电源正极流出，经电刷 A 流入电枢绕组，然后经过电刷 B 流回电源的负极。 在图 1-1 所示位置， 在 N 级下面导线电流是由 a 到 b,根据左手定则可知导线 ab 受力的 方向向左，而 cd 的受力方向是向右的。当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于阻转 矩是，电动机逆时针旋转。当线圈转过 180 度时，这是导线的电流方向变为由 d 到 c 和 b 到 a，因此电磁转矩的方向仍然是逆时针的，这样就使得电机一直旋转下去。5

9、) T体甜处于极下:(h) f处于耳极*辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计4图表 1-1 直流电动机的工作原理图辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计52直流电动机的结构直流电机由定子、转子和机座等部分构成。2.1定子主磁极一一主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁 铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。 主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁 绕组构成。换向极一一换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流 电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。机座- 机座有两个作用，一是用来固定主磁极、换向级和端盖；另一个是作为磁路的一部分。电刷装置一一电刷

10、装置是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。由电刷、刷握、 刷杆座和铜丝辫组成2.2转子电枢铁心 一一电枢铁心也有两个用处，一是作为主磁路的主要部分，二是嵌放电枢 绕组。电枢绕组一一电枢绕组由许多按一定规律连接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换的关键部件。换向器一一换向器也是直流电机的重要部件。 在直流电动机中，它的作用是将电刷上所通 过的直流电流转换为绕组内的交变电流； 在直流发电机中，它将绕组内的交变电动势转换 为电刷端上的直流电动势辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计63直流电动机的分类根据励磁线圈和转子绕组的连接关系，励磁式的直流电机又可

11、细分为：他励直流电动机 并励直流电动机 串励直流电动机和复励直流电动机3.1他励直流电动机他励直流电动机是一种励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其他直流电源而由其他直流电源对励磁绕组单独供电的直流电动机，如图3-1（ a）所示。3.2并励电直流动机并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，如图 3-1 （b）所示。这种直流电动机 的励磁绕组上所加的电压就是电枢电路两端的电压3.3串励直流电动机串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕串联，如图3-1（ c）所示。这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流，若有调节电阻与励磁绕组并联，其电流则为电枢电流的一部分3.4复励直流电动机这种直流电机的主磁极上装有两个励

12、磁绕组，一个与电枢电路并联，然后再和另一个励磁绕组串联，如图 3-1（ d）所示。图（a a）他励直流电动机图（b b）并励直流电动机图（c c）串励直流电动机图（d d）复励直流电动机辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计7图 3-1 直流电动机的四种类型4他励直流电动机的起动4. 1直接起动直接起动是指接通励磁电源后，将电动机的电枢直接投入额定电压的电源上起动。 直 接起动又称为全压起动。由于起动瞬间，转速等于零，电枢绕组的感应电动势(4-1)由于电枢绕组的电阻 Ra 很小，所以起动电流很大，可达到额定电流的十几倍。该电 流对电网的冲击很大。因而，除了小容量电机可采用直接起动外，对大中、容量的

13、电动机 不能直接起动。4.2降电压起动降低电枢电压起动，即起动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以减小 起动电流，电动机起动后，再逐渐提高电源电压，使起动电磁转矩维持在一定数值，保 证电动机按需要的加速度升速。这种起动方法需要专用电源，投资较大，但起动电流小， 起动转矩容易控制，起动平稳，起动能耗小，是一种较好的起动方法。4. 3电枢串电阻起动在实际中，如果能够做到适当选用各级起动电阻，那么串电阻起动由于其起动设 备简单、经济和可靠，同时可以中道平滑快速情动，因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相同。下面所示直流他励电动机电枢电路串电阻二级起动为

14、例说明起动过程。起动过程分析：如图 4-1（a）所示， 当电动机已有磁场时， 给电枢电路加电源电压 UL 触点 KM1、KM2均断开，电枢传入了全部附加电阻 Rk1+Rk2 电枢回路总电阻为 Ral= ra+Rk1+Rk2。u uL二一二_这时起动电流为:叽心Q ；F（ 4-3）与起动电流所对应的起动转矩为 T1。对应于由电阻所确定的人为机械特性如图4-1（b）st则起动电流为UNRaUNRa(4-2)辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计8图 2-3 光控开关电路图表 4-1 直流他励电动机分二级起动的电路和特性 根据电力拖动系统的基本运动方程：(4-4)式中：T 电动机的电磁转矩；TL由负载作

15、用所产生的阻转矩；Jdw/dt 错误！未找到引用源。-电动机转矩克服负载转矩后所产生的动态转矩。由于起动转矩 Ti大于负载转矩TL,电动机收到加速转矩的作用，转矩有零逐渐上升， 电动机开始起动。在图 4 1 (b)中，由 a 点沿着曲线 1 上升，反电动势亦随之上升，电 枢电流下降，电动机的转矩亦随之下降，加速转矩减小。上升到 b 点时，为保证一定的加速转矩，控制触点KM1闭合，切除一段起动电阻 Rk1后，b 点所对应的电枢电流丨2成为切 换电流，其对应的电动机的转矩T2成为切换转矩。切除 RK1后，电枢回路总电阻为Ra2=ra+Rk2。这时电动机对应于由电阻 Ra2确定的人为机械特性。在切除

16、起动电阻RK1的瞬 间，由于惯性电动机的转速不变，仍为nb，其反电动势亦不变。因此，电枢电流突增，其相应的电动势转矩也突增。适当的选择切除的电阻值Rk1，使切除 Rk1后的电枢电流刚好等于丨1,所对应的转矩为 T2,即在曲线 2 上的 c 点。又有 T1T2,电动机在加速转矩作用 下，由 c 点沿曲线 2 上升到 d 点。控制点KM2闭合，又切除一切起动电阻 Rk2。同理，由 d 点过度到 e 点，而且 e 点正好在固定的机械特性上。电枢电流又由12突增到 I1相应的电动机转矩由 T2突增到 T1。T1T2，沿固有特性加速到 g 点T=TL，n=ng电动机稳定运行， 起动过程结束。在分级起动过

17、程中，各级的最大电流丨1(或者相应的最大转矩 T2)及切换电流丨2(或 者与之对应的切换转矩 T2)都是不变的，这样，使得起动过程中有均匀的加速。 要满足以上电枢中的曲线 1 所示。+：_U U on noh hRk1Rk2(a)电路图(b)特性图辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计9回路串接电阻分级起动的要求，前提是选择合适的各级起动电阻。5他励直流电动机电枢串电阻起动设计一台 乙系列他励直流电动机，PN=2500WUaN=330V, laN=10. 5A, Ra=2. 25,采用电枢电 路串电阻起动。1、 选择起动电流 I111=(1. 52. 0)IN=(1.52.0)X10. 5A=(1

18、5. 7521.00)A选择 11=20A2、 求出电动机的电枢电路的电阻 RaRa=(UaN-IaN=(330- 2500/10. 5)/ 10.5Q=8. 75Q|aN3、 求出起动时电枢电路的电阻 RamRaM=UaI1=330/20 错误！未找到引用源。Q=16. 5Q4、求出起切电流比B丄14题5催丫十7 Ra 丿18.75丿5、 求出 12 校验 I 2I214.60A I2在规定范围之内2：2.76、 求出各级总电阻Ra3二R3 = 555?Ra2Ra=1.37 8.75=12.00?辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计10Ra1 2Ra=1.372575二何42?7、求出各级起动

19、电阻Rk厂Ra1-Ra2=4.42RK2二Ra2-Ra3=6.45辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计116结论他励直流电动机串电阻起动计算方法：1 选择起动电流 I 1 和切换电流 I 2 起动电流为I 1=( 1. 52. 0)IN切换电流为I 2=( 1. 11. 2)IN对应的起动转矩T2=( 1. 11.2)IN2 求出起切电流(转矩)比B3 求出电动机的电枢电路电阻 ra4 求出起动时的电枢总电阻 Rm5 求出起动级数 m6 重新计算B，校验 I 2 是否在规定范围内 若m 是取相近整数，则需重新计算 I 2再根据得出的B重新求出丨2,并校验 I2 是否在规定范围内。若不在规定范围内

20、，需 加大起动级数 m 重新计算B和 I 2,直到符合要求为止。7 求出各级总电阻m-1Ra2八Ra3八九8 求出各级起动电阻电枢回路串电阻起动方法比较简单，经济和可靠，同时可做到平滑快速起动。缺点就 是起动条件非常严格。降压起动平稳，起动过程能量损耗小， 容易实现自动化。降压起动 的缺点就是初期投资大，起动设备复杂，要求有单独的可调压直流电源。辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计127心得体会通过本次课程设计，使我对电机与拖动这门课程有了更深入的理解。电机与拖动是一门实践性较强的课程，为了学好这门课程，必须在掌握理论知识的同时，加强上机实 践。在这次课程设计中学到了很多课内学不到的东西， 比如独立思考解决问题，出现差错 的随机应变，和与人合作共同提高， 都受益非浅。一个人的力量是有限的，要想把课程设 计做的更好，就要学会参考一定的资料，吸取别人的经验，让自己和别人的思想有机的结 合起来，得出属于你自己的灵感。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间