直流电动机起动电阻的确定

直流电动机起动电阻的确定摘要：直流电机起动过程中既要有足够的转矩，又要保证起动时间短，并且起动电流在允许范围内。本文根据直流电机起动过程中的起动方程式得到的转速特性曲线，运用特性曲线研究直流电动机在满足以上要求的情况下，计算限制电枢回路起动电流的串接电阻（起动电阻）的数值方法。关键词：直流电机；起动电阻；计算直流电机从投入电网开始，由静止达到稳定转速的过程称为起动过程从直流电动机的基本方程式U=Ea＋IaRa看，起动瞬间，电机转速n=0，反电动势Ea=0。因此电枢电流Ia=（U-Ea）/Ra=U/Ra，由于Ra的数值一般很小，电枢电流将达到很大的数值，以致使电网电压下降，电机电枢绕组发热，并受到很大电磁力冲击。因此要求起动时电流不超过允许范围。但从电磁转矩TM=CM①la来看,则又要求起动电流大些，才能得到较大的起动转矩。（其中CM为直流电机的转矩常数，①为每极磁通）。由此可见，以上两个方面是矛盾的，因此，对直流电机的起动过程中有如下要求：（1）起动电流限制在允许范围内。（2）有足够的起动转矩。（3）起动时间短，符合产品技术要求。（4）起动设备简单，经济可靠。直流电动机常用的起动方法有（1）全电压启动；（2）电枢电路串变阻器启动；（3）降压启动。在工程中，用得最多的是电枢回路串变阻器启动，本文只讨论这种起动方法。串变阻器就是在起动过程中在电枢电路中串接可变电阻（称起动电阻）以限制起动电流。如图一所示：图一R1、R2、R3、R4为串接电阻A、B、D、F、H、l为接触器对于如图所示的并励电动机，起动电流ISTmax为IStmax=U/（Ra+》Rs）+lf=U/（Ra+》Rs）+U/Rf其中Ra电枢电阻U外加直流电压ZRs一电枢回路串接电阻If励磁电流Rf励磁回路电阻直流电机起动时，先合上接触器I，保证励磁电路先接通，然后合上接触器A,此时电机开始起动。当电动机转起来后，随着转速n的上升，电枢电流la减小，产生的电磁转矩跟着减小，转子转速缓慢下来，这样势必延长了起动时间，如果要求起动过程短，利用接触器B动作，切除电阻，增大电枢电流，加速起动，这样分几级切除电枢回路电阻，使电机转速n达到预定的数值。起动电阻与起动时间的计算并励直流电动机起动瞬态的方程可以写成以下形式其中R电枢回路电阻ia电枢电流La电枢电感eg---反电动势（与速度有关）根据以上公式，在不同的转速下，对于不同的电枢回路电阻值R,则可得到一组并励电动机的速度——电流曲线。如图二：图二图中横轴代表电动机转速相对于额定转速的百分数，纵轴表示电枢电流相对于额定电流的百分数。并且限定启动电流为150%Ie。一般情况下，直流电动机最初起动电流限制在两倍额定电流范围内。而最大电流下的承受时间不大于5秒。假如要将起动电流限制在150%le，起动时间规定为2.5秒。那么若直流电压U=120V，Ie=100A；则起动电流IStmax=150%le=150A。那么电枢回路总电阻为R=120/150=0.8欧姆。（由于励磁回路电阻较电枢回路电阻大得多.所以通常不考虑励磁电流）图二中，A点表示当图一中接触器A合上瞬间，马达的速度和电流。很明显此时速度n=0，电流为150A。然后马达将沿着AO线加速，速度上升，而电流下降，当电流到达100%le即B点时，合接触器B，此时，形成第二次冲击电流，到达图二中C点，同样，马达的电流、速度将沿着CO下行，同样的道理，当电流到达100%le时，相继分别合D、F、H接触器。图二中，直线KB表示电枢回路总的电阻（包括起动电阻（直线BJ表示）和回路本身电阻（直线KJ表示）），将电流限制在150A。那么第一步切除的电阻占起动电阻的百分比为：BD/BJ。同上，第二步切除的电阻占起动电阻的百分比为：DF/BJ。依次类推，可得出第三步、第四步的电阻所占百分比，如下表所示：假设我们认为上述表中的100%欧姆值代表启动的串接回路总电阻。或者BJ代表总电阻0.8欧姆减去回路中的导线电阻，则串接的起动电阻值约为0.7欧姆。那么，根据上表，可以计算出每步切除电阻的数值为：根据总的起动时间为2.5秒，而第四步电阻切除后，只用去了82%的时间，（从图二点H可以看出），因为在H点时所有电阻已经被切除。所以总的时间为2.5x82%=2.05秒。因此，每步所用时间为：电机起动过程在图一中，当接触器A闭合后，电机起动，同时起动第一个时间继电器。当电机电流到达电机额定电流时，第一个时间继电器将使接触器B闭合，同样，当R1、R2、R3、R4电阻都被短接后，电机将逐渐达到额定转速。起动设备要求在实际工作中，将数个0.1欧姆电阻做成一个电阻箱，每个电阻（0.1欧姆）两端带有端头，这样可以根据需要任意改变每一级的电阻值。时间继电器选用型号为最小刻度为0.05秒、量程为5秒的继电器。起动时测定时间与电流根据以上计算出的电阻值和时间，整定完电阻和时间继电器后。在电机起动首次时，用一块钳形电流表和一个秒表，测定电流和时间。如果电流超过150A，则增大电枢回路串接电阻。如果电流在限定的范围内，并且起动时间也在要求之内，则起动设备并调整完毕，否则，反复调整电阻与时间继电器，直到满足要求为止。在靖远工程中，运用此方法顺利的完成了两台直流电机的起动；得到了令人满意的效果。参考资