直流电动机电枢串联电阻调速过程设计.docx

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1、直流电动机电枢串联电阻调速过程设计 指导老师评定成果： 审定成果： 湖南交通工程学院 课程设计报告 院 系： 电气与信息工程系 学 生 姓 名： 张 蕴 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 14级电气工程及其自动化（1）班 学 号： 144139240471 指 导 教 师： 陈海文 设计题目：直流电机的串电阻调速过程设计 设计时间： 2022 年 11 月 课 程 设 计 任 务 书 一、设计题目 直流电机的串电阻调速过程设计 二、设计任务和要求 1.娴熟直流电机的机械特性和电气特性； 2.依据图片提示，综合运用学问分析直流电机的运行过程； 3.计算每个阶段改变过程中的阻值对系统的影响；

2、 4.推导出每个速度改变过程中电阻值的公式； 5.依据以下直流电动机特性 Pn=85KW Uan=380V Ian=176A Nn=1450r/min 欲用电枢串电阻启动，启动级数初步为3级 1) 选择启动电流I1,切换电流I2和切换电流I3 2) 求出起切电流比 3) 求出启动时电枢电路的总电阻Ram 4) 求出启动级数m 5) 重新计算，校验I2,I3 6) 求出各级总电阻 7) 求出各级启动电阻 8) 结论 9) 提交整个设计报告和测试报告 目 录 一、直流电动机的综述4 二、他励直流电动机5 三、设计内容12 四、结论14 五、心得体会16 六、参考文献17 一、综述 直流电动机因其良

3、好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类,其中自励又分为并励、串励和复励3种。 直流电动机 - 特点： (一)调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在肯定负载的条件下，依据须要，人为地变更电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现匀称、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。 (二)起动力矩大。可以匀称而经济地实现转速调整。因此，凡是在重负载下起动或要求匀称调整转速的机械，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。 直流电动机 工作原理： 如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，依

4、据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。假如转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流淌方向是dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍旧使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是沟通的，其产生的转矩的方向却是不变的。 好用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而

5、成，以削减电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。 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朝气械以某一转速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 他励直流电动机机械特性 2.1.1 他励直流电动机固有特性 图2-1他励直流电动机固有特性 2.1.2 他励直流电动机人为特性 图2-2电枢串电阻起动时的人为特性 图2-3降低电枢电压人为特性(UN 2.2 他励

6、直流电动机的起动 2.2.1 降低电枢电压起动 这种方法须要有一个可变更电压的直流电源专供电枢电路之用。例如利用直流发电机、晶闸管可控整流电源或直流斩波电源等。起动时，加上励磁电压Uf，保持励磁电流If为额定值不变，电枢电压Ua从零渐渐上升到额定值。 这种起动方法的优点是起动平稳，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。 2.2.2 增加电枢电阻起动 在实际中，假如能够做到适当选用各级起动电阻，那么串电阻起动由于其起动设备简洁、经济和牢靠，同时可以做到平滑快速起动，因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相同。 下面以直流他励电动机电枢回路

7、串联电阻二级起动为例说明起动过程。 (1) 启动过程分析 如图4(a)所示，当电动机已有磁场时，给电枢电路加电源电压U。触点KM 1、KM2均断开,电枢串入了全部附加电阻RK1+RK2 ,电枢回路总电阻为Ral=ra+RK1 +RK2。这是启动电流为 I1= UU= Ralra+RK1+RK2与起动电流所对应的起动转矩为T1。对应于由电阻所确定的人为机械特性如图4(b)中的曲线1所示。 (a) 电路图 (b) 特性图 图4 直流他励电动机分二级起动的电路和特性 依据电力拖动系统的基本运动方程式 T-TL=J dw dt式中 T电动机的电磁转矩； TL由负载作用所产生的阻转矩； Jdw电动机转矩

8、克服负载转矩后所产生的动态转矩。 dt由于起动转矩T1大于负载转矩TL，电动机受到加速转矩的作用，转速由零渐渐上升，电动机起先起动。在图4(b)上，由a点沿曲线1上升，反电动势亦随之上升，电枢电流下降，电动机的转矩亦随之下降，加速转矩减小。上升到b点时，为保证肯定的加速转矩，限制触点KM1闭合，切除一段起动电阻RK1。b点所对应的电枢电流I2称为切换电流，其对应的电动机的转矩T2称为切换转矩。切除RK1后，电枢回路总电阻为Ra2=ra+RK2。这时电动机对应于由电阻Ra2所确定的人为机械特性，见图4(b)中曲线2。在切除起动电阻RK1的瞬间，由于惯性电动机的转速不变，仍为nb，其反电动势亦不变

9、。因此，电枢电流突增，其相应的电动机转矩也突增。适当地选择所切除的电阻值RK1，使切除RK1后的电枢电流刚好等于I1，所对应的转矩为T2，即在曲线2上的c点。又有T1T2，电动机在加速转矩作用下，由c点沿曲线2上升到d点。限制点KM2闭合，又切除一切起动电阻RK2。同理，由d点过度到e点，而且e点正好在固有机械特性上。电枢电流又由I2突增到I1，相应的电动机转矩由T2突增到T1。T1 TL，沿固有特性加速到g点T=TL，n=ng电动机稳定运行，起动过程结束。 在分级起动过程中，各级的最大电流I1(或相应的最大转矩T2)及切换电流I2(或与之相应的切换转矩T2)都是不变的，这样，使得起动过程有较

10、匀称的加速。 要满意以上电枢回路串接电阻分级起动的要求，前提是选择合适的各级起动电阻。下面探讨应当如何计算起动电阻。 (2) 起动电阻的计算 在图4(b)中，对a点，有 I1= U Ra1U I1即 Ra1=当从曲线1(对应于电枢电路总电阻 Ra1=ra+ RK1 +RK2)转换得到曲线2(对应于总电阻Ra2=ra+RK2)时，亦即从点转换到点时，由于切除电阻RK1进行很快，如忽视电感的影响，可假定nb=nc，即电动势Eb=Ec，这样在点有 I2=在c点 I1=U-Uc Ra2U-Ub Ra1两式相除，考虑到Eb=Ec，得 I1Ra1= I2Ra2同样，当从d点转换到e点时，得 I1Ra2=

11、I2ra这样，如图4所示的二级起动时，得 I1Ra1Ra2= I2Ra2ra推广到m级起动的一般状况，得 b= I1Ra1Ra2Ra(m-1)Ram= I2Ra2raRamra式中l为最大起动电流I1与切换电流I2之比，称为起动电流比(或起动转矩比)，它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。 由此可以推出 Ra1=bm ra式中m为起动级数。由上式得 b=m如给定l ,求m,可将式 Ra1 raRa1=bm取对数得 raRa1lgra m= lgb由式b=I1Ra1Ra2Ra(m-1)Ram=可得每级电枢回路总电阻 I2Ra2raRamra Ra1=bRa2=bmra Ra2=bRa3=bm-1ra

12、 M Ra(m-1)=bRam=b2ra Ram=bra 各级启动电阻为 RK1=Ra1-Ra2 RK2=Ra2-Ra3 RK3=Ra3-Ra4 M RK(m-1)=R a(m-1)-Ram RKm=Ram-ra 起动最大电流I1及切换电流I2按生产机械的工艺要求确定，一般 I1=(1.52.0)IN I2=(1.11.2)IN 及电动机相应的转矩 T1=(1.52.0)IN T2=(1.11.2)IN (3) 计算分级启动电阻，有两种状况： 1、启动级数m未定，初选bRam=bmra求m，取成整数m计算b值计算各级电阻或分断电阻。 2、启动级数m已定,选定I1Rm=电阻。 U计算b值计算各级

13、电阻或分级I 1三、设计内容 1）选择启动电流I1和切换电流I2 I1=(1.52.0)IaN=(1.52.0)497A=(745.5994)A I2=(1.5 1.2)IaN=(1.11.2) 497A=(546.7596.4)A 选择I1=840A，I2=560A。 2）求出起切电流比b b=I1=1.5 I23）求出启动时电枢电路的总电阻Ram Ram=UaN=0.524W I1（4）求出启动级数m Ramlgram=4.76 lgb取m=5 5）重新计算b，校验I2 b=mRam=1.47 raI2=I1b=571A I2在规定范围之内。 6）求出各级总电阻 R5=b5ra=1.475

14、0.076W=0.52W R4=b4ra =1.4740.076W=0.35W R3=b3ra=1.4730.076W=0.24W R2=b2ra=1.4720.076W=0.16W R1=bra=1.470.076W=0.11W R0=Ra=0.076W 7）求出各级启动电阻 Rst1=R1-R0=(0.11-0.076)W=0.034W Rst2=R2-R1=(0.16-0.11)W=0.05W Rst3=R3-R2=(0.24-0.16)W=0.08W Rst4=R4-R3=(0.35-0.24)W=0.11W Rst5=R5-R4=(0.52-0.35)W=0.27W 四、结论 1)

15、额定功率较小的电动机可采纳在电枢电路内串起动变阻器的方法起动。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。在接通电枢电源，电动机起先起动。随着转速的上升，渐渐减小起动变阻器的电阻，直到全部切除。额定功率比较大的电动机一般采纳分级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。 2) 他励直流电动机串电阻启动计算方法 选择启动电流I1和切换电流I2 启动电流为 I1=(1.52.0)IN 对应的启动转矩 T1=(1.52.0)IN 切换电流为 I2=(1.11.2)IN 对应的启动转矩 T2=(1.11.2)IN 求出起切电流（转矩）比b b

16、=I1 I2求出电动机的电枢电路电阻ra ra=UaN-IaNPNIaN 求出启动时的电枢总电阻Rm Ram=UaN I1求出启动级数m Ramlgram= lgb重新计算b，校验I2是否在规定范围内 若m是取相近整数，则需重新计算I2 b=mRam 再依据得出的b重新求出I2，并校验I2是否在规定范ra围内。若不在规定范围内，需加大启动级数m重新计算b和I2，直到符合要求为止。 求出各级总电阻 Ra1=bRa2=bmram-1Ra2=bRa3=bra MRam=bra求出各级启动电阻 五、心得体会 说实话，课程设计真的有点累然而，当我一着手清理自己的设计成果，回味这1周的心路历程，一种少有的

17、胜利喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的成功，然而它令我感到自己的许多不足。通过课程设计，使我深刻的感受到，干任何事都必需耐性细致，课程设计过程中，有些计算就是因为自己的不细致算错了好几次只得重算，我最终感受到了科学的严谨性，我不禁时刻提示自己，肯定要养成一种高度负责，仔细对待的良好习惯这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练短短一周的课程设计，使我发觉了自己所驾驭的学问是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业学问实力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今日才知道自己并不会用 在做课程设计过程中我要感谢程安宇老师，由于我们学的电机与拖动学问并不多，

18、有许多地方我们都不懂，程老师在百忙之余抽出时间对我们进行了耐性细致的指导，在他的细心指导下我才能够完成课程设计。在设计过程中也得到了其他同学的热心帮助，通过和同学们的探讨和沟通我才得以顺当地完成了课程设计的编写；在此向他们表示感谢。 六、参考文献 1 电机与拖动 唐介 主编， 高等教化出版社 2003，年出版； 2电机与拖动基础 刘起新 主编， 中国电力出版社， 2005年出版； 3电机学 李海发 主编 ，科学出版社 2001年出版； 4电机与拖动 周绍英 主编， 中心广播电视高校出版社， 1995年出版 ； 5电机学 胡虔生 等编，中国电力出版社，2005年出版； 直流电动机电枢串联电阻调速

19、过程设计 直流电动机 教案一 直流电动机能耗制动 安装直流电动机模型教学设计 直流电动机的维护和管理 他励直流电动机的能耗制动限制设计 第十章 电路 D直流电动机教案 14.7直流电动机教案1(北师大九全册) 电机与拖动课程设计 他励直流电动机的回馈制动 他励直流电动机制动课程设计 0430 崔善泽 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第15页 共15页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页