直流电动机电枢串联电阻调速过程设计.docx

1、. .指导教师评定成绩：审定成绩：湖南交通工程学院课程设计报告设计题目：直流电机的串电阻调速过程设计院系：电气与信息工程系学 生姓 名：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：陈海文设计时间：2017 年 11 月z. .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1.2.3.4.5.熟练直流电机的机械特性和电气特性；根据图片提示，综合运用知识分析直流电机的运行过程；计算每个阶段变化过程中的阻值对系统的影响；推导出每个速度变化过程中电阻值的公式；根据以下直流电动机特性Pn=85KWUan=380V

2、Ian=176ANn=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 I32) 求出起切电流比3) 求出启动时电枢电路的总电阻Ram4) 求出启动级数 m5) 重新计算，校验 I2,I36) 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z. .目 录 4512141617z. .一、 综述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。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

3、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，z. .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。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，根据电磁力定律，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。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷A 和换向片

4、 2 接触，电刷B 和换向片1 接触，直流电流从电刷A 流入，在线圈中的流动方向是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， 它们产生的转矩仍然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交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。实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成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕z. .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

5、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z. .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 (UNT2，电动机在加速转矩作用下，由 c 点沿曲线 2 上升到 d 点。控制点 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

6、 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=T L，n=n g 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，使得起动过程有较均匀的加速。要满足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。下面讨论应该如何计算起动电阻。(2) 起动电阻的计算z. .在图 4(b)中，对 a 点，有I1= URa1即Ra1 = UI 1当从曲线 1(对应于电枢电路总电阻Ra1 =

7、r a+ R K1 +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，如忽略电感的影响，可假定nb=nc，即电动势Eb=Ec，这样在点有I2= UUbRa1在 c 点I1= UUca2R两式相除，考虑到 Eb =Ec ，得I 1Ra1I 2Ra2同样，当从 d 点转换到 e 点时，得I1= Ra 2I 2r a这样，如图 4 所示的二级起动时，得I 1Ra1= Ra 2I 2Ra2ra推广到 m 级起动的一般情况，得= I1a1a 2a( m 1)amR =R= = R= RI 2Ra 2raRamraz. .式中为最

8、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 =mr a式中 m 为起动级数。由上式得= m Ra1ra如给定,求 m,可将式 Ra1 = m 取对数得r algRa1m=ralg由式= I1a1a2a (m1)=am可得每级电枢回路总电阻R= R= = RRI 2Ra 2r aRamr aRa1 =Ra2 =m raRa2 =Ra3 =m 1 raRa(m-1) =Ram =2 raRam=ra各级启动电阻为RK1 =Ra1 -Ra2RK2 =Ra2 -Ra3RK3 =Ra3 -Ra4z. .RK(m-1) =

9、R a(m-1) -RamRKm =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)I NI2=(1.11.2)I N及电动机相应的转矩T1=(1.52.0)I NT2=(1.11.2)I N(3) 计算分级启动电阻，有两种情况：1、启动级数 m 未定，初选Ram =m ra求 m，取成整数 m计算值计算各级电阻或分断电阻。2、启动级数 m 已定 ,选定 I1Rm = U 计算值计算各级电阻或分级I 1电阻。三、设计内容1）选择启动电流 I1 和切换电流 I2I1=(1.5 2.0)IaN =(1.5 2.0) 497=(745.5 9

10、94)AI2=(1.5 1.2)I aN =(1.1 1.2) 497=(546.7 596.4)选择 I1=840 ，I2=560 。z. .2）求出起切电流比= I1=1.5I 23）求出启动时电枢电路的总电阻RamRam = UaN =0.524I 1（4）求出启动级数mlgRamram=4.76lg取 m=55）重新计算，校验 I2= m Ram =1.47r aI2= I 1 =571I2 在规定范围之内。6）求出各级总电阻R5=5ra =1.47 50.076=0.52R4=4ra =1.47 40.076=0.35R3=3ra =1.47 30.076=0.24R2=2 ra =

11、1.47 20.076=0.16R1=ra=1.47 0.076=0.11R0=R a=0.0767）求出各级启动电阻z. .Rst1 =R1-R0=(0.11-0.076)=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)=0.27z. .四、结论1)额定功率较小的电动机可采用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， 电动机开始

12、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。额定功率比较大的电动机一般采用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)I N对应的启动转矩T1=(1.52.0)I N切换电流为I2 =(1. 11.2)I N对应的启动转矩T2=(1.11.2)I Nz. .求出起切电流（转矩）比= I 1 I 2求出电动机的电枢电路电阻raPNra=UaNIaNIaN求出启动时的电枢总电阻RmRam = UaNI 1求出启动级数mlgRamr am=lg重新计算

13、，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= m Ram再根据得出的重新求出 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 重新计算和 I2，直到符合要求为止。求出各级总电阻Ra1Ra2m r aRa2Ra 3m 1raRamra求出各级启动电阻z. .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，一种少有的成功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胜利，然而它令我感到自己的很多不足。通过课程设计，使我深刻的感受到，干任何事都必须耐心细致，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，我终于感受到了科学的严谨性，我不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责，认真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，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天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知识并不多，有很多地方我们都不懂，程老师在百忙之余抽出时间对我们进行了耐心细致的指导，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