直流电机起动课程设计

1、工程技术学院课程设计任务书课程名称：电机与拖动题目：直流电机起动设计专业班级：_学生姓名：学 号： 2011171209指导老师：成 绩：任务下达日期2013年11月21日设计完成日期2013年11月28日一、设计内容：在查阅有关资料的基础上，熟悉直流电机的工作原理及机械特性。确定直流电机起动方案。完成起动方案对应的分析计算。绘出直流电机起动时的机械特性曲线。完成说明书（A4,打印或手写，计算机打印需提供纸质计算原稿）二、课程设计的基本要求要求独立完成计算过程及图形绘制。要求计算准确，绘出图形正确、整洁。要求在设计过程中能正确查阅有关资料、图表及公式。三、 题目：直流电机起动设计具体参数如下：

2、1、电机型号Z42、额定功率PaN = 300KW3、额定频率fN = 50HZ4、额定电压U= 440V5、额定电流1 aN = 497A6、额定转速nN = 1500r/min7、电枢回路电阻R 二.076Q-a8、起动要求：起动电流最大值不超过21aN直流电动机的工作原理励磁线圈两个端线同有相反方向的电流，使整个线圈产生绕轴的扭力，使线 圈转动。要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极 性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换 向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下 线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机

3、能连续的旋转，这就是直流电动 机的工作原理。如图1-1所示，将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项链，这时便 有电流从电源的正极流出，经A电刷流入点数绕组，再经电刷B流回电源的负极。 在图(a)所示位置时，线圈的ab边在N极下，cd边在S极下，电枢绕组中的 电流沿着a-b-c-d的方向流动。电枢电流与磁场相互作用产生电磁力F，其方向 可用左手定则来判断。这一对电磁力所形成的电磁转矩使电机逆时针旋转。当线 圈的ab边在S极下，cd边在N极下，如果线圈中电流的方向仍然不变，那么作 用在这两个线圈上的电磁力和电磁转矩的方向就会与原来的方向相反，电机便无 法旋转。如图(b)所示，由于

4、原来与电刷A接触的线圈a端的铜片现在已改接 成与电刷B接触，而原来与电刷B接触的线圈d端的铜片现在已改接成与电刷A 接触，因而电枢绕组中的电流沿着d-c-b-a的方向流动。利用左手定则来判断出： 电磁力及电磁转矩的方向仍然是电动机逆时针旋转。机械特性HH(a)(b)固有特性固有特性如图所示，由于电枢电路电阻Ra很小，所以机械特性的斜率很小硬度 很大，固有特性为硬特性。固有特性上的N点对应于电机的临界状态。这时的电枢电路Ia等于换向所允许的最大电枢电流Ima=(1.52)IA ,对应的转矩TM是电动机所允许的最大转矩。 临界状态说明了电动机短暂过载能力。人为特性n =耳 一-TCe CeCj 2

5、增加电枢电路电阻时的人为特性串入的电阻越大，人为特性的斜率越大，硬度越小。降低电枢电路电压的人为特性Ua降低时n0减小，斜率不变，a不变。减小励磁电流的人为特性减小励磁电流，则磁通减小，n0增加，斜率增加，a减小。降低电枢电压时的人为特性增加电枢电路电阻时的人为特性三.他励直流电动机的起动方案减小励磁电流时的人为特性机械特性曲线起动是指电动机从静止状态开始转动起来，直至最后达到稳定运行。对于任 何一台电动机，在启动时，都有下列两个基本的要求：起动转矩要足够大。启动电流不要超过允许范围。(一)降低电枢电压起动：这种方法需要有一个可改变电压的直流电源专供电枢电路用。起动时，加上励磁 电压保持励磁电

6、流为额定值不变，电枢电压从零逐渐升高到额定值。优点是起动 平稳，起动过程中能量损耗小，易于实现自动化。缺点是初期投资大。（二）增加电枢电阻起动：无级起动额定功率较小的电动机可采用在电枢电路内串联起动变阻器的无级起动方 法起动。起动前先把起动变阻器调到最大值，加上励磁电压Uf，保持励磁电流 为额定值不变。再接通电枢电源，电动机开始起动。随着转速的升高，逐渐减小 起动变阻器的电阻，直到全部切除。T UaI =S Ra + RstD Ua DRst =- Rala已知 Ua=440v Ia=497ARa=0.076A 解得，Rst （0.367-0.809）即可无极起动。有级起动额定功率较大的电动机

7、一般采用有级起动的方法以保证起动过程中既有比 较大的起动转矩，又使起动电流不会超过允许值。1）起动过程分析。起动步骤如下：（1）串联起动的电阻rst1 和 rst2起动。起动前开关Q1和Q2断开，使得电枢电路中串入电阻Rst1和Rst2，加上电枢电路 自身的电阻Ra，电枢电路的总电阻为Ra2=Ra+RST1+RST2加上励磁电压UF,保持励磁电流IF为额定值不变，然后加上电枢电压UA,这时电 动机的机械特性为人为特性。料。（2）切除起动电阻RS12当工作点到达a点即电磁转矩T等于切换转矩T时，合上开关Q，切除起动电222阻Rst2，电枢电路的总电阻变为：%1这时电动机的机械特性为人为特性。我。

8、（3）切除起动电阻RtiS11当工作点到达b点即电磁转矩T等于切换转矩T时，合上开关Q，切除起动电 221阻RST1，电枢电路的总电阻变为：5这时电动机的机械特性为人为特性n M。2）他励直流电机启动电阻的计算： （1）选择启动电流I1和切换电流I2起动电流：I1 = （1.52.0）IaN起动转矩：T1 = （1.52.0）Tn切换电流：I2 = （1.11.2）Il切换转矩：T2 = （1.11.2）Tl（2）求出起切电流比00= EI2（3）求出启动级数mi.R m=w lg 0a（4）重新计算0，校验I2是否在规定范围之内。甘 I并校验I2是否在所规定的根据式0 = -m重新计算，并根

9、据0 =重新计算Im R122范围之内。若不在规定范围之内，需加大启动级数m重新计算0和I2，直到满足要求为止 （5）求出各级总电阻。四.他励直流电机起动分析计算已知：1、电机型号Z42、额定功率PN = 300KW3、额定频率fN = 50HZ4、额定电压UaN = 440V5、额定电流1 aN = 497A6、额定转速nN = 1500r/min7、电枢回路电阻& =0.76 Q a8、起动要求：起动电流最大值不超过21aN(1)选择I1和I211 = (1.5 - 2.0) IaN = (745.5 - 994) A12 = (1.1-1.2) IaN = (546.7 - 596.4)

10、 A选择 I1=830AI2=570A(2)求出起切电流比08400 = 1.47560求出起动级数m440眼0即UaNRam =I11g Rm m = -a 1g 01 0.531g.76 =5.21g1.48取 m=5。重新计算0c R : 0.530 = m -m = 5， = 1.48m Ra t 0.0768401.48A = 560I2在规定范围之内。求出各级起动电阻RST1 = (0 -1)Ra = (1.48 -1) x 0.076。= 0.0365。RST2 = (02-0)Ra = (1.482 -1.48)x0.076。= 0.0539。RST3 = (03-02)Ra

11、= (1.483 -1.482)x0.076。= 0.0799。RST4 = (04-03)Ra = (1.484 -1.483)x0.076。= 0.1183。RST5 = (05 -04)Ra = (1.485 -1.484)x0.076。= 0.175。固有特性:Tn =耍=60 x3。x 13 二”。2k nN 2 x 3.14 x 1500CEUa - Ra x Ia 440 - 0.076 x 497 =0.26815001500UaN 440 n0 =CEQ 0.268=1642机械特性五.总结与体会此电动机可以采用无极起动和有极起动。增加电枢电路电阻起动设备简单，操作方便，同样

12、可以把启动电流限制在所 允许的范围内，但在启动过程中要将电阻分段切除。一般对于额定功率较小的电 动机可采用在电枢电路内串联启动变阻器的方法启动。额定功率较大的电动机一 般采用分级启动的方法以保证启动过程中既有比较大的启动转矩，又使启动电流 不会超过允许值。降压启动：1、优点：启动平稳，启动转矩容易控制，启动过程中能量损耗小，易于实 现自动化。2、缺点：需要专用电源，初期投资较大，启动设备复杂。串电阻启动：1、优点：启动方法简单，且设备简单，操作方便，容易实现。2、缺点：能耗较大，不宜用于频繁启动的大、中型电动机。在做结课课程设计时，我不仅学到了关于专业课的知识，还学到了很多电脑 的应用知识。在设计时，我对所学的东西进行了巩固，与此同时还参考了大量的 课外知识与文献，将各方面综合因素和实际相结合，终于按时完成了设计。通过 这次课程设计，使我更进一步了解了直流电动机的工作原理及其起动过程，对直 流电机的电力拖动有了更加深入的理解与体会。在设计过程中，按照老师提供的设计提纲同学之间相互学习，取长补短。每个人 都按照自己的思维独自写自己的论文。在这个设计过程中体会到付出就有收获的 喜悦，我收获最大的是明白了做事要有认真严谨求实的精神。教学建议