直流電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)電阻調(diào)速過程設(shè)計(jì)

1、可編輯指導(dǎo)教師評(píng)定成績： 審定成績： 湖南交通工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目：直流電機(jī)的串電阻調(diào)速過程設(shè)計(jì)院 系： 電氣與信息工程系 學(xué) 生 姓 名： 張 蘊(yùn) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 14級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化（1）班 學(xué) 號(hào)： 144139240471 指 導(dǎo) 教 師： 陳海文 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2017 年 11 月課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書一、設(shè)計(jì)題目直流電機(jī)的串電阻調(diào)速過程設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1. 熟練直流電機(jī)的機(jī)械特性和電氣特性；2. 根據(jù)圖片提示，綜合運(yùn)用知識(shí)分析直流電機(jī)的運(yùn)行過程；3. 計(jì)算每個(gè)階段變化過程中的阻值對(duì)系統(tǒng)的影響；4. 推導(dǎo)出每個(gè)速度變化過程中電阻值的公

2、式；5. 根據(jù)以下直流電動(dòng)機(jī)特性 Pn=85KW Uan=380V Ian=176A Nn=1450r/min欲用電樞串電阻啟動(dòng)，啟動(dòng)級(jí)數(shù)初步為3級(jí)1) 選擇啟動(dòng)電流I1,切換電流I2和切換電流I32) 求出起切電流比3) 求出啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻Ram4) 求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)m5) 重新計(jì)算，校驗(yàn)I2,I36) 求出各級(jí)總電阻7) 求出各級(jí)啟動(dòng)電阻8) 結(jié)論9) 提交整個(gè)設(shè)計(jì)報(bào)告和測(cè)試報(bào)告目 錄一、直流電動(dòng)機(jī)的綜述4二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)5三、設(shè)計(jì)內(nèi)容12四、結(jié)論14五、心得體會(huì)16六、參考文獻(xiàn)17一、 綜述直流電動(dòng)機(jī)因其良好的調(diào)速性能而在電力拖動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分為永磁、他勵(lì)和

3、自勵(lì)3類,其中自勵(lì)又分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。直流電動(dòng)機(jī) - 特點(diǎn)：(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(二)起動(dòng)力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī) 工作原理：如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到

4、的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。實(shí)用中的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個(gè)線圈構(gòu)成，同樣是由多個(gè)線圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。二、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)由勵(lì)磁繞

5、組和電樞繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。在勵(lì)磁電壓Uf的作用下，勵(lì)磁繞組中通過勵(lì)磁電流If，從而產(chǎn)生主磁極磁通。在電樞電壓Ua的作用下，電樞繞組中通過電樞電流Ia。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生機(jī)械以某一轉(zhuǎn)速n運(yùn)轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E.電動(dòng)勢(shì)的方向與電樞電流的方向相反。2.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性2.1.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有特性 圖2-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有特性2.1.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)人為特性 圖2-2電樞串電阻起動(dòng)時(shí)的人為特性 圖2-3降低電樞電壓人為特性(UNT2，電動(dòng)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)?？刂泣c(diǎn)KM2閉合，又切除一切起動(dòng)電阻RK2。同理，由d點(diǎn)過

6、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I1，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1 TL，沿固有特性加速到g點(diǎn)T=TL，n=ng電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，起動(dòng)過程結(jié)束。在分級(jí)起動(dòng)過程中，各級(jí)的最大電流I1(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(dòng)過程有較均勻的加速。 要滿足以上電樞回路串接電阻分級(jí)起動(dòng)的要求，前提是選擇合適的各級(jí)起動(dòng)電阻。下面討論應(yīng)該如何計(jì)算起動(dòng)電阻。 (2) 起動(dòng)電阻的計(jì)算 在圖4(b)中，對(duì)a點(diǎn)，有 I1=即 Ra1=當(dāng)從曲線1(對(duì)應(yīng)于電樞電路總電阻 Ra1=ra+ RK1 +RK2)轉(zhuǎn)換得到曲線2(對(duì)應(yīng)于總電

7、阻Ra2=ra+RK2)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(dòng)勢(shì)Eb=Ec，這樣在點(diǎn)有I2=在c點(diǎn) I1=兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 同樣，當(dāng)從d點(diǎn)轉(zhuǎn)換到e點(diǎn)時(shí)，得 = 這樣，如圖4所示的二級(jí)起動(dòng)時(shí)，得 =推廣到m級(jí)起動(dòng)的一般情況，得 =式中為最大起動(dòng)電流I1與切換電流I2之比，稱為起動(dòng)電流比(或起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比)，它等于相鄰兩級(jí)電樞回路總電阻之比。由此可以推出 =式中m為起動(dòng)級(jí)數(shù)。由上式得 =如給定 ,求m,可將式=取對(duì)數(shù)得 m=由式=可得每級(jí)電樞回路總電阻 Ra1=Ra2=ra Ra2=Ra3=ra Ra(m-1)=Ram=ra Ram

8、=ra各級(jí)啟動(dòng)電阻為 RK1=Ra1-Ra2 RK2=Ra2-Ra3 RK3=Ra3-Ra4 RK(m-1)=R a(m-1)-Ram RKm=Ram-ra起動(dòng)最大電流I1及切換電流I2按生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求確定，一般 I1=(1.52.0)IN I2=(1.11.2)IN及電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩 T1=(1.52.0)IN T2=(1.11.2)IN(3) 計(jì)算分級(jí)啟動(dòng)電阻，有兩種情況：1、啟動(dòng)級(jí)數(shù)m未定，初選Ram=ra求m，取成整數(shù)m計(jì)算值計(jì)算各級(jí)電阻或分?jǐn)嚯娮琛?、啟動(dòng)級(jí)數(shù)m已定,選定I1Rm=計(jì)算值計(jì)算各級(jí)電阻或分級(jí)電阻。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1）選擇啟動(dòng)電流I1和切換電流I2I1=(1.52.0)I

9、aN=(1.52.0)497=(745.5994)AI2=(1.5 1.2)IaN=(1.11.2) 497=(546.7596.4)選擇I1=840，I2=560。2）求出起切電流比=1.53）求出啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻RamRam=0.524（4）求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm=4.76取m=55）重新計(jì)算，校驗(yàn)I2=1.47I2=571I2在規(guī)定范圍之內(nèi)。6）求出各級(jí)總電阻R5=5ra=1.4750.076=0.52R4=4ra =1.4740.076=0.35R3=3ra=1.4730.076=0.24R2=ra=1.4720.076=0.16R1=ra=1.470.076=0.11R0=Ra=0.

10、0767）求出各級(jí)啟動(dòng)電阻Rst1=R1-R0=(0.11-0.076)=0.034Rst2=R2-R1=(0.16-0.11)=0.05Rst3=R3-R2=(0.24-0.16)=0.08Rst4=R4-R3=(0.35-0.24)=0.11Rst5=R5-R4=(0.52-0.35)=0.27四、結(jié)論1) 額定功率較小的電動(dòng)機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串起動(dòng)變阻器的方法起動(dòng)。起動(dòng)前先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，加上勵(lì)磁電壓Uf，保持勵(lì)磁電流為額定值不變。在接通電樞電源，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻，直到全部切除。額定功率比較大的電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)方法以保證起動(dòng)過程中既有比

11、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又使起動(dòng)電流不會(huì)超過允許值。2) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)計(jì)算方法選擇啟動(dòng)電流I1和切換電流I2啟動(dòng)電流為 I1=(1.52.0)IN對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1=(1.52.0)IN切換電流為I2=(1. 11.2)IN對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T2=(1.11.2)IN求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比=求出電動(dòng)機(jī)的電樞電路電阻rara=求出啟動(dòng)時(shí)的電樞總電阻RmRam= 求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)mm=重新計(jì)算，校驗(yàn)I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算I2= 再根據(jù)得出的重新求出I2，并校驗(yàn)I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大啟動(dòng)級(jí)數(shù)m重新計(jì)算和I2，直到符合要求為止。求出各級(jí)總電阻求出各級(jí)啟動(dòng)

12、電阻五、心得體會(huì) 說實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果，回味這1周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)小小的勝利，然而它令我感到自己的很多不足。通過課程設(shè)計(jì)，使我深刻的感受到，干任何事都必須耐心細(xì)致，課程設(shè)計(jì)過程中，有些計(jì)算就是因?yàn)樽约旱牟患?xì)致算錯(cuò)了好幾次只得重算，我終于感受到了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，我不禁時(shí)刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對(duì)待的良好習(xí)慣這次課程設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練短短一周的課程設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能力是如此的不足，幾年來的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會(huì)用 在做課程設(shè)計(jì)過程中我要感謝程安宇老師，由于我們學(xué)的電機(jī)與拖動(dòng)知識(shí)并不多，有很多地方我們都不懂，程老師在百忙之余抽出時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行了耐心細(xì)致的指導(dǎo)，在他的細(xì)心指導(dǎo)下我才能夠完成課程設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中也得到了其他同學(xué)的熱心幫助，通過和同學(xué)們的討論和交