电机原理与拖动基础课程设计说明书.doc

课程设计说明书 no.11一、 设计题目：提升机主电路的设计： 图1提升机电力拖动系统原理图图2提升机电力拖动系统速度图1.加速阶段t1: 以最大加速度加速，速度由0增加到v1，当v=v1时，电机工作在固有特性上。2.等速阶段t2: 以v1速度匀速运行。3.调速阶段t3: 以v2速度匀速运行，v2 =0.7v1。4.减速阶段t4:以最大减加速度减速，速度由v2减小0。二、课程设计目的1、电机与电力拖动基础是工业自动化专业的一门主要专业基础课。它主要是研究电机与电力拖动系统的基本原理，以及它与科学实验、生产实际之间的联系。2、电机与电力拖动基础课程设计是理论教学之后的一个实践环节，通过完成一定的工程设计任务，学会运用本课程所学的基本理论解决工程技术问题，为学习后续有关课程打好必要的基础。三、方案论证： 1、启动1.1定 义：电动机接上电源后，转速从零到达稳定转速的过程称为启动过程1.2方法介绍： 1）直接启动：不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动称直接启动优 点：启动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。缺 点：a.启动电流很大，一般可达额定的1020倍。b.换向情况恶化，产生严重的火花,损坏换向器 c.过大转矩将损坏拖动系统的传动机构2）降低电源电压启动:将励磁绕组接通电源，并将励磁电流调到额定值，然后从低向高调节电枢回路电压的启动方法称为降低电源电压启动 优 点：缩短启动时间，启动过程中能量损耗小，启动平稳，便于实现自动化缺 点：需要一套可调的直流电源启动设备，增加初投资3）电枢回路串电阻启动：电枢回路中串接启动电阻以限制启动电流的启动方法称为电枢回路串电阻启动 优 点：设备简单、操作方便 缺 点：能耗较大，不宜用于启动的大、中型，可用于小型电机启动 综合分析上述三种启动方法，采用电枢串电阻启动方式。当采用电枢串电阻启动时，可以将启动电流限制在容许的范围内。如图4所示，启动瞬间km1、km2、km3、km4都断开，电枢回路总电,运行点在途中a点，启动电流为,启动转矩为,电动机开始升速，转速沿着曲线变化，启动电流下降，到图中b点时，启动电流降到切换电流，在此瞬间km4闭合，切除一段电阻，电枢总电阻变为，相应机械特性曲线dc直线。切除电阻瞬间转速不变，电流则突增至，运行点从b点过渡到c点。此后又沿着特性曲线的cd段变化，启动电流下降。当转速上升到d点时，启动电流刚好下降到，此刻km3闭合，切除第三段启动电阻，电枢回路总电阻变为，机械特性曲线为fe直线，运行点由d点过渡到e点，启动电流从增加，电动机沿ef段上升，启动电流下降。当转速升高到f点时，启动电流又降到，在此时km2闭合，切除电阻，运行点从f点过渡到g点，电流增加到。此后电动机沿gh直线上升，到h点时，启动电流再次下降到，此刻km1闭合，切除最后一段电阻。此后运行点从h点过渡到固有机械特性上的i点，电流增加到。此后电动机在固有机械特性上上升，直到j点，t=，电动机稳定运行，启动过程结束。1.3参数计算：启动时电枢总电阻为: 假设四级启动，即m=4,z则启动电流比为： 切换电流为: 所选段数适宜各段电阻为： 验证： 选择四级启动 1.4电机启动接线图及机械特性曲线图3电动机串电阻启动接线图 图4电动机串电阻启动机械特性图2、调速 2.1定 义：人为地改变电动机的参数（如他励电动机的端电压、励磁电流或电枢回路中串电阻），使同一个机械负载得到不同转速，称为电气调速。2.2方法介绍：1）电枢回路串电阻 定 义: 他励直流电动机保持电源电压和气隙磁通为额定值，在电枢回路串入不同阻值的电阻时不变，可以得到一簇人为机械特性。它们与负载特性的交点，即工作点，都是稳定的，电机在这些工作点工作时能得到不同转速。 优 点：设备简单、操作简单缺 点：只能降速，低转速时变化率较大，电枢电流较大，不易连续调速，有损耗。2) 改变电枢电源电压 定 义：保持他励电动机的磁通为额定值，电枢回路不串电阻，若将电源电压降低为不同值，可得到与固有机械特性曲线平行的人为机械特性，由于转速不能突变，工作点经过一系列过渡，最终将稳定运行。 优 点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。 缺 点：只能下调，且专门设备，成本大。3) 弱磁 由于弱磁是在基速以上范围调速，故在此不再讨论。综合分析以上三种方法，由于电枢回路设备简单、操作简单，并且本设计中不要求连续调速，故采用电枢回路串电阻调速当采用电枢回路串电阻调速时，如图6，设电动机拖动恒转矩负载原在固有机械特性上的a点稳定运行，转速为。当电枢电阻增加到时，转速及点数电动势一开始不能突变，运行点在相同的转速下由a点过渡到a点，转矩由下降到t,为负，系统减速。随着n及的下降，及t不断增加，系统减速度不断减小，知道n降到时，t增至转矩新的平衡建立，系统以较低的转速的运行。2.3参数计算：外串电阻的阻值越大，机械特性的斜率也就越大，相同负载下的电动机的转速也越低。 当提升机以v1速度匀速运行时，由于电动机额定运行转速 由 得： 2.4电动机串电阻调速接线图及机械特性：图5电动机串电阻调速接线图 图6电动机串电阻调速机械特性图 3、制动3.1定 义：转矩 t 与转速 n 的方向相反,电动机吸收机械能转化为电能使电动机生产一个负的转矩(即制动转矩)，以增加减速度，使系统停下来。3.2方法介绍1）能耗制动 定 义：制动过程中u = 0，电磁转矩与转速方向相反，成为制动转矩，电动机靠系统的动能发电，转化成发电机工作状态，把动能变成电能，消耗在电枢回路的电阻上，实现制动过程。优 点：能够准确停车 缺 点：不适合频繁正反转的电力拖动系统 2）电压反接制动 定 义：电枢电压极性突然改变，并在电枢回路中串入电阻，电磁转矩与转速方向相反，成为制动转矩，实现制动。 优 点：动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，可以实现正向停车和反向启动连续进行，缩短了从正转到反转的过渡时间。 缺 点：但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。3）电动势反接制动 电动势反接制动多用于提升机构低速下降重物，不再讨论。4）再生发电制动 再生发电制动多用于下放较轻重物，不再讨论综合分析以上四种方法，由于能耗制动相对简单，且容易实现准确制动，故采用能耗制动。当采用能耗制动时，如图8，电动机在调速后的人为机械特性上的a点稳定运行。开始切换到能耗制动瞬间，转速不能突变，电动机从工作点a过渡到能耗制动机械特性的b点。因b点电磁转矩0，拖动系统在和相同方向的作用下迅速减速，运行点沿能耗制动机械特性下降，制动转矩的绝对值也随之减小，直到原点o，电机转矩及转速都降为0，拖动系统停止转动。3.3参数计算 在制动过程中，因u=0 由 得 3.4电动机能耗制动接线图及机械特性曲线 图7电动机能耗制动接线图 图8电动机能耗制动机械特性图四、设计结果与分析1、启动串接在电枢回路中用以限制启动电流的电阻称为启动电阻，以rs表示。为了把启动电流限制在最大允许值之内，电枢回路中应串入的启动电阻值为：。本解决方案中采用串电阻分级启动，启动级数为四级。由计算知各段电阻分为 ： 在分级启动过程中，依次切掉 、，电枢电流就瞬间增大最大启动了电流2。此后，随着转速上升，电枢电流逐渐下降，每当电枢电流下降到切换电流就切掉一段电阻，电枢电流又突增到最大启动电流，这样就实现了电枢回路串电阻分级启动。2、调速本方案中，采用电枢回路串电阻调速，串入的电阻值为：他励直流电动机保持电源电压和气隙磁通为额定值，在电枢回路串入的电阻时不变，可以得到一条人为机械特性曲线。它将在与负载特性的交点（即工作点）稳定工作，即实现将速度由调到。3、制动能耗制动开始瞬间的电枢电流与电枢回路总电阻成反比。外串电阻 越小，就及就越大，制动效果越好，停车迅速，但受电机换向条件限制不能太大，制动开始时，应将限制在最大允许值，这时电枢回路外串电阻最小值为式中，为制动开始时电动机的电枢电动势。最后求得五、设计心得与体会回顾这一个星期的课程设计的历程，其中曲折可谓一语难尽。在此期间我有过失落，也有过高涨。从开始时满腹激情到最后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的就是查阅了很多次设计书和指导书。因为堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我做本次课程设计的第二大收获。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。但最终这次课程设计还是