提升机主电路设计课程设计.doc

课 程 设 计 任 务 书学院保密班 级保密姓 名保密设 计 起 止 日 期2015.6.292015.7.03设计题目：提升机主电路设计设计任务（主要技术参数）：提升机速度图1、加速阶段t1： 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： 速度由v2减小为0。铭牌数据：PN=75KW, UN=440V, IN=185A, nN=3000r/min Ra=0.0555, TL=TN, Ism=2IN指导教师评语：成绩： 签字：年 月 日课程设计说明书 NO1一、课程设计的目的 1、电机与电力拖动基础是自动化专业及相近专业的一门专业平台课。它主要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、在自动化专业中，电机与电力拖动基础是一门十分重要的专业基础课或技术基础课，它在整个专业教学计划中起着承前启后的作用。该课程对直流电机、变压器、异步电机、同步电机和其他特殊电机侧重于从应用的角度讲述了其基本工作原理、基本结构、运行分析及各种工作特性。二、方案论证 1、启动 1.1、定义：将一台直流电动机接上直流电源，使之从静止状态开始旋转直至稳定运行，这个过程称为启动过程。 1.2、方法： 1.2.1、直接启动：不采取任何限流措施，直接加额定电压的起动。 优 点：启动转矩很大，不需另加起动设备，操作简便。 缺 点：直接启动电流很大，可达额定电流的10-20倍。 过大的启动电流将导致换向困难，换向器表面产生强烈的火花或环火，电枢绕组产生过大的电磁力，引起绕组的损坏。 产生过大的电磁转矩，形成过大的加速度，可能损坏机械。 1.2.2、电枢回路串电阻启动：在电枢回路中 串入多级电阻来限制启动电流，启动时逐级切除电阻的启动方式称为电枢回路串电阻启动。 优 点：设备简单、操作方便、价格便宜。 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。 1.2.3、降低电源电压启动：启动前降低电源电压，启动时逐级升高电源电压至额定电压的启动方式称为降低电源电压启动。 优 点：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，增加了初投资。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO2 1.3、综合分析以上三种方法，采用电枢回路串电阻的方法比较适宜。 1.4、串电阻的启动过程：如图1是一个5级串电阻启动电路图，启动电阻分为5段，即rs5、rs4、rs3、rs2和rs1，它们分别与接触器的触头KM5、KM4、KM3、KM2、KM1并联。启动开始瞬间，5个开关均断开，电枢回路的总电阻为Rsm=Ra+rs5+rs4+rs3+rs2+rs1，运行点在图2中的a点，启动电流为I1启动转矩为T1TL，电动机开始升速，转速沿着Rs5特性曲线变化，启动电流下降，到图2中的b点时启动电流降到切换电流I2，再次瞬间KM5闭合切除一段电阻rs5，电枢总电阻变为Rsm=Ra+rs4+rs3+rs2+rs1，相应的机械特性曲线为n0dc直线，切除电阻瞬间转速不变，电流则突增至I1，此后则重复上述过程，直到开关KM1闭合，电动机在固有机械特性上升速，到达l点，T=Tl，电动机稳定运行，启动过程结束。 1.5、计算参数 启动时电枢总电阻为：Rsm=UNIsm=4402185=1.189 启动电流比：=I1I2=Ism1.2IN=2IN1.2IN=1.67启动级数为：m=intlnRsmRaln=intln1.1890.0555ln1.67=5 由取整后的启动级数m计算启动电流比 得： =mRsmRa=51.1890.055=1.846 计算各级电阻： 沈 阳 大 学课程设计说明书 NOrs1=-1Ra=1.846-10.0555=0.0469rs2=rs1=1.8460.0469=0.0867 rs3=2rs1=1.84620.0469=0.1598 rs4=3rs1=1.84630.0469=0.2950 rs5=4rs1=1.84640.0469=0.5446 验证：Ra+rs1+rs2+rs3+rs4+rs5Rsm 1.6、电机启动电路图如图1及其机械特性图如图2：图1.电机启动电路图图2.电机启动机械特性图 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO 2、调速 2.1、定义：使电动机转速增加或降低的过程叫做调速。 2.2、方法： 2.2.1、电枢回路串电阻调速，优 点：所需设备简单，操作方便。缺 点：功率损耗大，运行时转速稳定性差，不能无极调速。2.2.2、降低电源电压调速，优 点：机械特性较硬，转速稳定性较好，能够无极调速。缺 点：需要独立可调的直流电源。2.2.3、减弱磁通调速，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、电流较大、 不易连续调速、有损耗。 2.3、综合以上分析，这里应选择串电阻调速比较合适。 2.4、调速过程：如图4所示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nA。当电枢电阻突然由Ra增加到Ra+RC时，转速nA及电枢电动势Ea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TN下降到T,此时T=TTL，dndt为负，系统减速。随着n及Ea的下降，Ia及T不断增加，系统减速度不断减小，直到n降到nB时，T增至TN，转矩新的平衡又建立，系统以较低的转速nB稳定运行于B点，调速过程结束。 2.5、计算参数 计算CeN：CeN=UN-INRanN=440-1850.05553000=0.1432 速度降低到0.7v1后，转速也降低到0.7nN： 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO0.7nN=UNCeN-Ra+RcCeNCTNT 整理并代入数据计算可得：Rc=UN-0.7CeNnNIN-Ra=0.753 2.6、电机调速电路图如图3及机械特性曲线图如图4：图3.电动机串电阻调速电路图图4.电枢串电阻调速特性曲线图 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO 3、制动 3.1、定义：制动就是在电动机上加上与原转向相反的转矩，使电动机迅速停转或限制电动机的转速。 3.2、方法： 3.2.1、能耗制动：当电动机正常工作时，电动机的n、T、TL均为正，当把电动机的电枢电源断开，再将其接到一个电阻上，此时电动机与电阻构成回路，在电路切换瞬间，电动机转速n不能突变，因而电枢电动势Ea也不变。忽略电枢电感时，Ea产生电流Ia=-Ea(Ra+Rc)。电枢电流为负值，即其方向与电动状态时的方向相反。当方向未变而电流反向，转矩T也与电动状态时反向，因此T与n的方向相反，此时为制动状态。T为制动转矩，使系统较快地减速。当n=0时，Ea=0，Ia=0，T=0，制动过程结束。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 3.2.2、电压反接制动：在电机正常平稳运行时，将电源反接，同时在电枢回路串接一个电阻Rc。这时，U=-UN,电枢回路总电阻为Ra+Rc，=N，电动机的机械特性方程为nN=-UNCeN-Ra+RcCeNCTNT此时T与n的方向相反，电磁转矩成为制动转矩，电动机减速，n=0时，移除电源。 优 点：动力强、制动迅速、控制电路简单、设备投资少 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 3.3、综合分析以上两种制动方式，这里选择能耗制动更合适。 3.4、计算参数： 在能耗制动中，不允许断开电源后直接将电枢两端连接，必须串连一个电阻Rc0， 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO7以避免由于电动机的电枢电流Ia过大而使电动机的换向受到影响，在本题中，这个Rc0的最小值Rc0min与制动电流Iamax之间的关系为：Rc0min=EaIamax-Ra-Rc而电枢电动势：Ea=0.7CeNnN=0.70.14323000V=300.72V取Iamax=2IN，于是有：Rc0min=300.722185-0.0555-0.753=0.00426 3.5、电机制动接线图如图5及其机械特性曲线图如图6：图5.电机制动接线电路图图6.电机制动过程机械特性曲线 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO8三、设计结论与分析1、启动 由于本设计中的电动机直接启动电流过大，故采用分级串电阻启动方式启动，这种启动方式大大降低了启动电流，在本设计中，一共分了五级。经过上面的计算，这五级电阻的阻值分别为：rs1=0.0469、rs2=0.0867、rs3=0.1598、rs4=0.2950、rs5=0.5446 2、调速在本设计中，采用电枢串电阻的方式对电动机进行调速，通过上面的计算，电枢电路