直流电动机启动的设计与仿真

1、湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书题目：直流电动机启动的设计与仿真课 程：电力电子课程设计专 业：电气工程及其自动化班 级：XXXXXXX学 号:XXXXXXXXX学生姓名：XXX指导教师：XXX2015年1月1日信息工程学院课程设计任务书号 学程化设计技术参数R- Q - ?a=o2 K H nA r/ 总=6a 路 K/? 电 芦 - 换 0 -咖C7 N 专 O 7 - = 2OV,尺 A 诙=2t:一一 嘗f=Q州a 魏kwH/?晦 城=1电 电 一一设计要求乙 i A Hz/moo 久 r 1 、 12 3参考资料:统 的机直 3 北丽 辭鯛側201 列醴泌昭TLA忆 耐除 整O

2、MA学 辭丰 式30于程 (f匕 桥LAB基工 仿代 半MA克181 曲驭 相于刘猪 单 基 息 蔘刖 oL言 蕴乃201叙枚畤剜 汤洪，葛韩汪学 L Z 社3.4.5 工2015年1月1日信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名： 学号：专业（班级）：课程设计题目：成绩：指导教师：直流电动机具有调速范围广、调速平稳、过载能力强以及启动和制动转矩大 等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。文章研究了直流电动机串电阻起动 方法，在直流电动机电枢绕组中串入电阻来降低起动电流和起动转矩。相比于电 机直接起动，串入电阻起动起动电流和起动转矩显著减低，而且成本又增加不多， 在实际工农业生产中有广泛的应用。

3、关键词：直流电动机；直接启动；串电阻启动；仿真；AbstractDC motor has a wide speed range, steady speed, strong overload as well as starting and braking torque, etc，in the industrial and agricultural production has been widely used This paper studies the series resista nee of the DC motor starting method, the DC motor armatu

4、re winding in series with a resistor to reduce the starting current and torque Compared to direct start the motor, resistor in series starting current and starting torque significantly reduced, and the cost has increased much, there is a wide range of applications in the real industrial and agricult

5、ural product ion.Key words： DC motor； direct start； start of series resista nee； simulation.1任务提出与方案论证7提出任务7方案论证72总体设计8系统原理框图8直流电动机串电阻启动模型仿真的建立8直流电动机串电阻启动电阻计算机仿真结果分析93总结17参考文献181任务提出与方案论证提出任务直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流 以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况 下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的1

6、020倍，起动转矩也能 达到额定转矩的1020倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使 电动机和它所拖动的生产机核遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机核。由此可 见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、电枢电阻大以及转 动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。方案论证方案一：直流电动机直接启动直流电动机直接启动适用于额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线 细、电枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动，但是现在工业中绝大数机械都是大 功率。(方案二：直流电动机串电阻启动直流电动机串电阻起动方法，

7、在直流电动机电枢绕组中串入电阻来降低起动电流和起动 转矩。相比于电机直接起动，串电阻起动起动电流和起动转矩显著减低，而且成本又增加不 多，在实际工农业生产中有广送的应用。最终选择：经过比较本设计选择方案二直流电动机串电阻启动能更好的达到设计要求。2总体设计系统总体原理框图直流电动机启动的设计，我们首先对电路原理进行分析，通过分析，结合具体的性能指 标求出相应的参数，然后在Mat lab仿真软件中建立仿真模型，仿真模型采用交流输入电源, 使用晶闸管和二极管作为整流器件，通过不断仿真、调试、不断修改参数，知道符合正确的 参数要求。其系统原理框图如下图图系统原理框图直流电动机串电阻起动真模型仿真的建

8、立直流电动机串电阻起动仿真模型如图1所示，该模型在图1所示直接起动模型的基础上, 在电枢回路中串联一个由三级电阻组成的启动器。在每个电阻（Rl、R2、R3）上并联一个理想 开关，用于切除电阻，开关受Step模块控制。（注：在Step模块对话框中设定单位阶跃信 号发生时刻，即可控制开关的闭合，从而短接该电阻）。模型检测将转速n、电枢电流I等 送入示波器。powegui图1直流电动机串电阻起动仿真模型2. 3 直流电动机串电阻起动时电阻值计算以及仿真结果分析为了实现直流电动机串电阻起动，对于电枢绕组串入电阻值的计算非常重要，需要计算 精确，本文为了尽可能地降低起动电流和起动转矩，采用三级串电阻计算

9、方法。具体实现步 骤如下。（1）将step模块2和3的阶跃信号发生时间设为“0”，stepl设为20s,使& 接入电 枢回路，并初选Rl的阻值。220(1)= -0.089610在模型中设= R =h得到仿真图2形如下图所示。220n(r/min)2001501002469101214Time offset: 0a /A2.521.510.500510152025303540Time offset: 0if /A图2串一级电阻启动时的转速和电流波形由图2可知，串联电阻后最大启动电流为200A,在时电流下降到100A,对应的转速为 1500r/min,相对于宜流电机宜接起动，起动电流从2500A

10、变为200A,显著地减低了，起到了 保护电机的作用。为了进一步减少起动电流，需要减小启动电阻，计算的阻值和预选7? 2阻值。220-0.07808x15002000-0.089600.4820(2)R = R - Ri（3）（2）重新设定RR（R=R）并设stepl的信号发生时间为，设step2的信号发生时间为20s 得到仿真图形如图3所示。3000n(r/min)o c21.510.5niiiij /i1ii1 1I; i:!i i1:i:iUJ151015202530354-0Time orrsei u|T.图3串二级电阻启动时的转速和电流波形从图3中可知，在启动6s后电流再次下降到100

11、A,此时的转速为2200r/mino为了进 一步减少起动电流，需要再次减小启动电阻。根据式(4)和(5)可以计算尺2和尺3阻值。220-0.07808x2200200Q-0.089600.320(4)(5)(3) :重新设定尺2和尺3，并设step2的信号发生时间为6s,设step3的信号发生 时间为20s得到仿真图形如图4所示。3000n(r/min)50045040035030025020015010050W:l11111 I /-i111111!r :.2, : 122*12-1 HL : Am 、jLj b 二一口1 11 i iii1 11 11 11 1i Llime offset

12、 0a /A2.51.50.510152025303540Time offset: 0%图4串三级电阻启动时的转速和电流波形从图4可知在启动8s后起动电流再次下降到100A,此时的转速为2800r/mint需要再次切 除 心，因此设step3的信号发生时间为8s,再次仿真，得到图形如5所示。300050045040035030025020015010050W:I11111 1/ - - -i111111!r :2 : 122*12-. 1 HL : Am 、Lj 二一口1 11 i iii1 11 11 11 1i Llime offset 0za / A图5切除鸟 启动时的转速和电流波形由图

13、5可知：在切除冬后，转速升到3000r/min,在整个启动过程中电流限制在规定 的范围内，满足设计要求。3总结通过这次的课程设计让我不仅对电力电子的理论知识有了很深的认识也对我的实践动 手能力有了很大的培养。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向 社会，从事职业工作前一个必不少的过程千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我们 深深体会到这句千古名言的真正含义.我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这 一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。当然这次设计还有很多不足 之处，例如对基础知识了解不够充分，导致设计过程中出现很多不必要的麻烦，所以在以后 的学习构成中我会加倍学习相关知识，以弥补自己的不足。参考文献1 汤蕴缪.电机学(第四版)M.北京：机核工业出版社，20112 洪乃