直流电机串电阻启动课程设计.doc

课程设计各专业全套优秀毕业设计图纸课程设计报告 设计题目：直流电机的串电阻启动过程设计学 校： 学 生 姓 名： 专 业： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 设计时间： 年 月 重庆邮电大学移通学院目 录一、直流电动机的综述41.1直流电动机的基本工作原理41.2直流电动机的分类51.3直流电动机的特点5二、他励直流电动机52.1他励直流电动机的机械特性52.2固有机械特性与人为机械特性6三、他励直流电动机的起动7 3.1直流电动机的启动过程分析8 3.2他励直流电动机起动电阻的计算9四、设计内容10五、结论11六、心得体会12七、参考文献12一、直流电动机的综述1.1直流电动机的基本工作原理图1 是一台最简单的直流电动机的模型，N和S是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。如果将电源正负极分别接电刷A和B,则线圈abcd中流过电流。在导体ab中，电流由a流向b，在导体cd中，电流由c流向d，如图（a）所示。载流导体ab和cd均处于N和S极之间的磁场当中，受到的电磁力的作用。用左手定则可知，载流导体ab受到的电磁力F的方向是向左的，力图使电枢逆时针方向运动，载流导体cd受到的电磁力F的方向是向右的, 也是力图使电枢逆时针方向运动，这一对电磁力形成一个转矩, 即电磁转矩T，其方向为逆时针方向，使整个电枢沿逆时针方向转动。当电枢转过180°, 导体cd转到N极下，ab转到S极上，如图（b）所示。由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，再从电刷B流出。用左手定则判别可知，导体cd受到的电磁力的方向是向左的，ab受到的电磁力的方向是向右的，因而电磁转矩的方向仍是逆时针方向,使电枢沿逆时针方向继续转动。当电枢在转过180°，就又回到图（a）所示的情况。这就是直流电动机的基本工作原理。1.2直流电动机的分类直流电动机因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。根据励磁方式的不同，直流电动机可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四类。1.3直流电动机的特点(一)调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。 (二)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。二、他励直流电动机他励直流电动机由励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电。在励磁电压Uf的作用下，励磁绕组中通过励磁电流If ，从而产生主磁极磁通。在电枢电压Ua的作用下，电枢绕组中通过电枢电流Ia。电枢电流与磁场相互作用产生机械以某一转速n运转。电枢旋转时，切割磁感线产生电动势E.电动势的方向与电枢电流的方向相反。2.1他励直流电动机的机械特性他励直流电动机的机械特性定义为：直流电动机的电枢电压U为常数，励磁电流If为常数，电枢回路电阻Ra+R为常数时，电动机产生的电磁转矩T与转速n之间的函数关系，即n=f(T)。他励直流电动机电路原理图如图2所示。图 2. 他励直流电动机电路原理图 图 3. 他励直流电动机的机械特性机械特性方程式： 电枢感应电动势 电磁转矩 电枢电路电压平衡方程： 电动机转速特性方程：由电磁转矩方程可得到，代入转速特性方程式中，就得到电动机机械特性方程式：式中：。 若U，R均为常数，机械特性是一条向下倾斜的直线，如图3所示。 (1)或 由式（1）可知，越大，越大，机械特性曲线越斜，称之为软特性；反之将小、小的特性称硬特性。2.2固有机械特性与人为机械特性当电枢上加额定电压、气隙每极磁通为额定磁通、电枢回路不串任何电阻时的机械特性称为他励直流电动机的固有机械特性。人为地改变电动机的参数，如改变电压U、改变磁电流If（即改变磁通）、电枢回路串电阻所得到的机械特性称为人为机械特性。电枢回路串电阻使斜率增大，特性曲线变软，但理想空载转速不变，所以人为机械特性为一簇经过理想空载转速点的放射性直线，如图变电压时的人为特性是一组平行直线,如上中图;弱磁时的人为特性如上右图。图4 电枢串电阻时的人为特性 图5 变电压时的人为特性图6 弱磁时的人为特性三、他励直流电动机的起动（一）降低电枢电压起动起动时，加上励磁电压，保持励磁电流为额定值不变，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1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，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。2有级起动额定功率较大的电动机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。起动前串联起动电阻，加上励磁电压，保持励磁电流为额定值不变，然后加上电枢电压，电动机开始起动。之后当电磁转矩等于切换转矩时，依次切除起动电阻，直到电枢电路的总电阻变为电枢电路自身的电阻，整个启动过程结束。其中，要注意的就是起动转矩对应的起动电流不会超过所允许的最大电枢电流，所以，对应的起动转矩为。并且为保证一定的加速转矩，减少起动时间，一般选择切换转矩为，对应的起动电流为。图4-1图4-23.1直流电动机的起动过程分析起动开始瞬间，电枢电路中接入全部起动电阻，起动电流达到最大值，即随着电动机转速的不断增加，电枢电流和电磁转矩将逐渐减小，电动机沿着曲线1的箭头所指的方向变化。当转速升高至，电流降至（图中b点）时，接触器KM1触头闭合，将电阻短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特性曲线2上的c点（c点的位置可由所串电阻的大小控制），电动机又沿曲线2的箭头继续加速。当转速升高至电流又降至（图中d点）时，接触器KM2触头闭合，将电阻短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特性曲线3上的e点，电动机又沿曲线3的箭头继续加速。当转速升高至电流又降至（图中f点）时，接触器KM3触头闭合，将电阻短接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到固有特性曲线4上的g点，电动机又沿曲线4的箭头继续加速，最后稳定运行在固有特性曲线上的h点，起动过程结束。3.2他励直流电机起动电阻的计算（一）选择启动电流I1和切换电流I2为保证与启动转矩对应的启动电流不会超过所允许的最大电枢电流，选择，对应的启动转矩。为保证有一定的加速转矩，减少启动时间，一般选择切换转矩为对应的切换电流I2为。（二）求出起切电流比（三）求出电动机的电枢电路电阻可以根据实测或者铭牌上提供的额定值进行估算，由于在忽略T0的情况下，因此，在额定状态下进行时，。（四）求出启动时电枢启动总电阻m级启动时电枢启动总电阻为。（五）求出启动级数mm的计算公式为（六）重新计算，校验是否在规定范围之内。若m是取相近整数，则需重新计算。根据式重新计算，并根据重新计算，并校验是否在所规定的范围之内。若不在规定范围之内，需加大启动级数m，重新计算和，直到满足要求为止。（七）求出各级总电阻 （八）求出各级启动电阻（九）若启动级数已定,计算步骤如下：选择电流，计算出，根据求出的效验其是否在规定范围内，否则加大启动级数m重新计算，最后求出各级总电阻和启动电阻。四、设计内容直流电动机的额定数据如下：1）选择启动电流I1和切换电流I2I1=(1.52.0)IaN=(1.52.0)×116.3=(174.45232.6)AI2=(1.1 1.2)IaN=(1.11.2) ×116.3=(127.93139.56)选择I1=210，I2=131.25。2）求出起切电流比=1.63）求出电枢回路电阻RaRa=(1/22/3)UNIN-PN/I2NRa=0.1330.177取Ra=0.1734）求出启动时电枢电路的总电阻RamRam=1.0485）求出启动级数mm=3.83取m=46）重新计算，校验I2=1.57I2=133.75I2在规定范围之内。7）求出各级总电阻R4=4Ra=1.5740.173=1.05R3=3Ra =1.5730.173=0.669R2=2Ra=1.5720.173=0.426R1=Ra=1.570.173=0.272R0=Ra=0.1738）求出各级启动电阻Rst1=R1-R0=(0.272-0.173)=0.099Rst2=R2-R1=(0.426-0.272)=0.154Rst3=R3-R2=(0.669-0.426)=0.243Rst4=R4-R3=(1.05-0.669)=0.381五、结论电枢回路串电阻启动设备简单，操作方便，同样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。六、心得及体会经过一周的努力，课程设计完成了。通过课程设计，让我明白学习是一个长期的积累过程，经后的工作、生活中应该不段的学习，努力提高知识和综合能力。设计过程中，我查阅了大量的有关资料，并与同学交流，学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获还是很多的。在设计中培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。在设计过程中，我不仅学到了知识，也让我感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。七、参考文献1 电机与拖动 唐介 主编 高等教育出版社 2003年出版；2电机及拖动基础 汤天浩 主编 机械工业出版社2008年出版；3电机学 李海发 主编 科学出版社 2001年出版；1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. 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