直流電動機電樞串聯電阻調速過程設計

1、指導教師評定成績： 審定成績： 重 慶 郵 電 大 學 課程設計報告 設計題目：直流電機的串電阻調速過程設計單位（二級學院）： 重慶郵電大學移通學院 課 程 設 計 任 務 書一、設計題目直流電機的串電阻調速過程設計二、設計任務和要求1. 熟練直流電機的機械特性和電氣特性；2. 根據圖片提示，綜合運用知識分析直流電機的運行過程；3. 計算每個階段變化過程中的阻值對系統(tǒng)的影響；4. 推導出每個速度變化過程中電阻值的公式；5. 根據以下直流電動機特性 Pn=85KW Uan=380V Ian=176A Nn=1450r/min欲用電樞串電阻啟動，啟動級數初步為3級1) 選擇啟動電流I1,切換電流I

2、2和切換電流I32) 求出起切電流比3) 求出啟動時電樞電路的總電阻Ram4) 求出啟動級數m5) 重新計算，校驗I2,I36) 求出各級總電阻7) 求出各級啟動電阻8) 結論9) 提交整個設計報告和測試報告目 錄一、直流電動機的綜述4二、他勵直流電動機5三、設計內容12四、結論14五、心得體會16六、參考文獻17一、 綜述直流電動機因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。直流電動機按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵3類,其中自勵又分為并勵、串勵和復勵3種。直流電動機 - 特點：(一)調速性能好。所謂“調速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據需要，人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以

3、在重負載條件下，實現均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。(二)起動力矩大?？梢跃鶆蚨洕貙崿F轉速調節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。直流電動機 工作原理：如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據電磁力定律，載流導體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，使得轉子逆時針轉動。如果轉子轉到如上圖（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，在線圈中的流動方向是dcba

4、，從電刷 B 流出。此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產生的轉矩仍然使得轉子逆時針轉動。這就是直流電動機的工作原理。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，其產生的轉矩的方向卻是不變的。實用中的直流電動機轉子上的繞組也不是由一個線圈構成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。二、他勵直流電動機他勵直流電動機由勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立的直流電源供電。在勵磁電壓Uf的作用下，勵磁繞組中通過勵磁電流If，從而產生主磁極磁通。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

5、互作用產生機械以某一轉速n運轉。電樞旋轉時，切割磁感線產生電動勢E.電動勢的方向與電樞電流的方向相反。2.1 他勵直流電動機機械特性 他勵直流電動機固有特性 圖2-1他勵直流電動機固有特性 他勵直流電動機人為特性 圖2-2電樞串電阻起動時的人為特性 圖2-3降低電樞電壓人為特性(UN<U1)2.2 他勵直流電動機的起動 降低電樞電壓起動這種方法需要有一個可改變電壓的直流電源專供電樞電路之用。例如利用直流發(fā)電機、晶閘管可控整流電源或直流斬波電源等。起動時，加上勵磁電壓Uf，保持勵磁電流If為額定值不變，電樞電壓Ua從零逐漸升高到額定值。這種起動方法的優(yōu)點是起動平穩(wěn)，起動過程中能量損耗小，易

6、于實現自動化。缺點是初期投資大。 增加電樞電阻起動在實際中，如果能夠做到適當選用各級起動電阻，那么串電阻起動由于其起動設備簡單、經濟和可靠，同時可以做到平滑快速起動，因而得到廣泛應用。但對于不同類型和規(guī)格的直流電動機，對起動電阻的級數要求也不盡相同。下面以直流他勵電動機電樞回路串聯電阻二級起動為例說明起動過程。 (1) 啟動過程分析如圖4(a)所示，當電動機已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U。觸點KM1、KM2均斷開,電樞串入了全部附加電阻RK1+RK2 ,電樞回路總電阻為Ral=ra+RK1 +RK2。這是啟動電流為 I1=與起動電流所對應的起動轉矩為T1。對應于由電阻所確定的人為機械特性如

7、圖4(b)中的曲線1所示。 (a) 電路圖 (b) 特性圖 圖4 直流他勵電動機分二級起動的電路和特性根據電力拖動系統(tǒng)的基本運動方程式 T-TL=J 式中 T電動機的電磁轉矩； TL由負載作用所產生的阻轉矩； J電動機轉矩克服負載轉矩后所產生的動態(tài)轉矩。 由于起動轉矩T1大于負載轉矩TL，電動機受到加速轉矩的作用，轉速由零逐漸上升，電動機開始起動。在圖4(b)上，由a點沿曲線1上升，反電動勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動機的轉矩亦隨之下降，加速轉矩減小。上升到b點時，為保證一定的加速轉矩，控制觸點KM1閉合，切除一段起動電阻RK1。b點所對應的電樞電流I2稱為切換電流，其對應的電動機的轉矩T2

8、稱為切換轉矩。切除RK1后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+RK2。這時電動機對應于由電阻Ra2所確定的人為機械特性，見圖4(b)中曲線2。在切除起動電阻RK1的瞬間，由于慣性電動機的轉速不變，仍為nb，其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應的電動機轉矩也突增。適當地選擇所切除的電阻值RK1，使切除RK1后的電樞電流剛好等于I1，所對應的轉矩為T2，即在曲線2上的c點。又有T1>T2，電動機在加速轉矩作用下，由c點沿曲線2上升到d點。控制點KM2閉合，又切除一切起動電阻RK2。同理，由d點過度到e點，而且e點正好在固有機械特性上。電樞電流又由I2突增到I1，相應的電動機轉矩由T2突增

9、到T1。T1> TL，沿固有特性加速到g點T=TL，n=ng電動機穩(wěn)定運行，起動過程結束。在分級起動過程中，各級的最大電流I1(或相應的最大轉矩T2)及切換電流I2(或與之相應的切換轉矩T2)都是不變的，這樣，使得起動過程有較均勻的加速。 要滿足以上電樞回路串接電阻分級起動的要求，前提是選擇合適的各級起動電阻。下面討論應該如何計算起動電阻。 (2) 起動電阻的計算 在圖4(b)中，對a點，有 I1=即 Ra1=當從曲線1(對應于電樞電路總電阻 Ra1=ra+ RK1 +RK2)轉換得到曲線2(對應于總電阻Ra2=ra+RK2)時，亦即從點轉換到點時，由于切除電阻RK1進行很快，如忽略電感

10、的影響，可假定nb=nc，即電動勢Eb=Ec，這樣在點有I2=在c點 I1=兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 同樣，當從d點轉換到e點時，得 = 這樣，如圖4所示的二級起動時，得 =推廣到m級起動的一般情況，得 =式中為最大起動電流I1與切換電流I2之比，稱為起動電流比(或起動轉矩比)，它等于相鄰兩級電樞回路總電阻之比。由此可以推出 =式中m為起動級數。由上式得 =如給定 ,求m,可將式=取對數得 m=由式=可得每級電樞回路總電阻 Ra1=Ra2=ra Ra2=Ra3=ra Ra(m-1)=Ram=ra Ram=ra各級啟動電阻為 RK1=Ra1-Ra2 RK2=Ra2-Ra3 RK3=Ra3-

11、Ra4 RK(m-1)=R a(m-1)-Ram RKm=Ram-ra起動最大電流I1及切換電流I2按生產機械的工藝要求確定，一般 I1=(1.52.0)IN I2=(1.11.2)IN及電動機相應的轉矩 T1=(1.52.0)IN T2=(1.11.2)IN(3) 計算分級啟動電阻，有兩種情況：1、啟動級數m未定，初選Ram=ra求m，取成整數m計算值計算各級電阻或分斷電阻。2、啟動級數m已定,選定I1Rm=計算值計算各級電阻或分級電阻。三、設計內容1）選擇啟動電流I1和切換電流I2I1=(1.52.0)IaN=(1.52.0)×497=(745.5994)AI2=(1.5 1.2

12、)IaN=(1.11.2) ×497=(546.7596.4)選擇I1=840，I2=560。2）求出起切電流比=1.53）求出啟動時電樞電路的總電阻RamRam=0.524（4）求出啟動級數mm=4.76取m=55）重新計算，校驗I2=1.47I2=571I2在規(guī)定范圍之內。6）求出各級總電阻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=0.0767）求出各級啟動電阻Rst1=R1-R0=(0.11-0

13、.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、結論1) 額定功率較小的電動機可采用在電樞電路內串起動變阻器的方法起動。起動前先把起動變阻器調到最大值，加上勵磁電壓Uf，保持勵磁電流為額定值不變。在接通電樞電源，電動機開始起動。隨著轉速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除。額定功率比較大的電動機一般采用分級方法以保證起動過程中既有比較大的起動轉矩，又使起動電流不會超過允許值。2) 他勵直流電動

14、機串電阻啟動計算方法選擇啟動電流I1和切換電流I2啟動電流為 I1=(1.52.0)IN對應的啟動轉矩T1=(1.52.0)IN切換電流為I2=(1. 11.2)IN對應的啟動轉矩T2=(1.11.2)IN求出起切電流（轉矩）比=求出電動機的電樞電路電阻rara=求出啟動時的電樞總電阻RmRam= 求出啟動級數mm=重新計算，校驗I2是否在規(guī)定范圍內若m是取相近整數，則需重新計算I2= 再根據得出的重新求出I2，并校驗I2是否在規(guī)定范圍內。若不在規(guī)定范圍內，需加大啟動級數m重新計算和I2，直到符合要求為止。求出各級總電阻求出各級啟動電阻五、心得體會 說實話，課程設計真的有點累然而，當我一著手清

15、理自己的設計成果，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會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己的很多不足。通過課程設計，使我深刻的感受到，干任何事都必須耐心細致，課程設計過程中，有些計算就是因為自己的不細致算錯了好幾次只得重算，我終于感受到了科學的嚴謹性，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負責，認真對待的良好習慣這次課程設計使我在工作作風上得到了一次難得的磨練短短一周的課程設計，使我發(fā)現了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識能力是如此的不足，幾年來的學習了那么多的課程，今天才知道自己并不會用 在做課程設計過程中我要感謝老師，由于我們學的電機與拖動知識并不多，有很多地方我們都不懂，程老師在