電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)-- 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 電機(jī)與拖動(dòng) </p><p>　　題 目： 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：自動(dòng)化</p><p><b>　　班 級(jí)： </b></p><p

2、><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，使得直流電動(dòng)機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。其中的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相關(guān)，從而使得它的機(jī)械特性很硬，調(diào)速

3、范圍寬。在對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)鍵在于根據(jù)電機(jī)的機(jī)械要求，求出啟動(dòng)電流I1與切換電流I2之比β，進(jìn)而求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)m和各級(jí)啟動(dòng)電阻，最終完成對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；啟動(dòng)級(jí)數(shù)；各級(jí)啟動(dòng)電阻；</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)是將

4、電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。它具有調(diào)速性能好、啟動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得直流電動(dòng)在國(guó)民生產(chǎn)過(guò)程中占據(jù)著不可取代的位置，因此廣泛應(yīng)用于啟動(dòng)和調(diào)試要求高的機(jī)械上。例如軋鋼機(jī)床、電車(chē)、電氣軌道牽引、挖掘機(jī)械、紡織機(jī)械等。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的性能與它的勵(lì)磁方式有密切關(guān)系。按照勵(lì)磁方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)可以分為：他勵(lì)直流電動(dòng)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)。</p>&l

5、t;p>　　這里的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)是指，勵(lì)磁繞組與電樞繞組五了解關(guān)系，而由他勵(lì)直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電動(dòng)機(jī)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于造紙、印刷、紡織和冶金等多種領(lǐng)域，調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性硬的場(chǎng)合。</p><p>　　由于直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流很大，考慮到電機(jī)的安全，往往不能直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的啟動(dòng)設(shè)計(jì)方案直接關(guān)系著電機(jī)的使用壽命。他勵(lì)直流電動(dòng)的啟動(dòng)方式有電樞回路串電阻啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)。</p>

6、;<p>　　這里僅介紹電樞回路串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)方案的方法和具體步驟。</p><p>　　1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性介紹 </p><p>　　1.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　已知他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式為：</p><p>　　n=

7、 </p><p>　　公式中R為電樞總電阻，包

8、括Ra及電樞回路串聯(lián)電阻Ram,為理想空載轉(zhuǎn)速記為n0, 記為β，為機(jī)械特性的斜率。</p><p>　　當(dāng)U=UN，Φ=ΦN，電樞回路沒(méi)有串電阻是的機(jī)械特性稱(chēng)為直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。當(dāng)改變U或者Φ或者電樞回路串電阻時(shí)，其機(jī)械特性的n0,或β將相應(yīng)變化，此時(shí)稱(chēng)為直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。</p><p>　　若不計(jì)電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)，其機(jī)械特性是一條橫跨Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限的

9、直線(xiàn)。其中第Ⅰ象限為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，其特點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向相同，第Ⅱ、Ⅳ象限為制動(dòng)運(yùn)行狀。</p><p>　　2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的串電阻啟動(dòng)</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，由于串電阻啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可靠，同時(shí)可以做到平滑快速啟動(dòng)，因而得到廣泛應(yīng)用。但對(duì)于不同型號(hào)的的直流電動(dòng)機(jī)，對(duì)啟動(dòng)電阻的級(jí)數(shù)要求也不盡相同。</p><p>　　下面僅以他勵(lì)直流電

10、動(dòng)機(jī)電樞串電阻啟動(dòng)為例說(shuō)明啟動(dòng)過(guò)程。</p><p>　　2.1 啟動(dòng)過(guò)程分析</p><p>　　如圖2-1所示，當(dāng)電機(jī)已有磁場(chǎng)時(shí)，給電樞電路加上電源U。觸點(diǎn)S1、S2均斷開(kāi)，電樞串入了電阻R1+R2，電樞回路的總電阻為R=r+R1+R2。這時(shí)的啟動(dòng)電流為：</p><p><b>　　I1=</b></p><p>

11、　　與啟動(dòng)電流對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T(mén)1。對(duì)應(yīng)于有電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖2-2中的曲線(xiàn)1所示。</p><p>　　圖2-1 圖2-2</p><p>　　由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)。</p><p>　　由直流電機(jī)的基本方程可知：</p><p><b

12、>　　Ea=CeΦn;</b></p><p><b>　　Te=CtΦIa;</b></p><p><b>　　Ia=;</b></p><p>　　在圖2-2上，由a點(diǎn)沿曲線(xiàn)1上升，反電動(dòng)勢(shì)亦隨之上升，電樞電流下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減少的。上升到b點(diǎn)時(shí)，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點(diǎn)S

13、1閉合，切除一段啟動(dòng)電阻R1。b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電樞電流I2稱(chēng)為切換電流。切除R1后，電樞回路的總電阻為R=r+ R2。這時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)于由電阻R2所確定的人為機(jī)械特性曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2-2，中曲線(xiàn)2。在切除R1的瞬間，由于電動(dòng)機(jī)的慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，其反電動(dòng)勢(shì)也不變。由于電樞電流的突增，其相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也突增。恰當(dāng)?shù)倪x擇電阻，可以確保電樞電流和轉(zhuǎn)矩在設(shè)計(jì)的要求范圍之內(nèi)。又有Te>TL，電動(dòng)機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩的的作用下，由C點(diǎn)沿曲線(xiàn)2上升到d

14、點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)S2閉合，切除所有的啟動(dòng)電阻。同理，由d點(diǎn)過(guò)渡到e點(diǎn)，而且e點(diǎn)正好在固有特性曲線(xiàn)上。Te>TL沿固有特性曲線(xiàn)加速到g點(diǎn)Te=TL電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。</p><p>　　在分級(jí)啟動(dòng)的過(guò)程中，各級(jí)的最大電流及切換電流時(shí)不變的，這樣，使得啟動(dòng)過(guò)程有較均勻的加速。</p><p>　　要滿(mǎn)足以上電樞回路串聯(lián)電阻分級(jí)啟動(dòng)的要求，前提是選擇合適的各級(jí)啟動(dòng)電阻一下套路應(yīng)該如何

15、計(jì)算啟動(dòng)電阻。</p><p><b>　　2.2計(jì)算啟動(dòng)電阻</b></p><p>　　在圖2-2中，對(duì)a點(diǎn)，有I1=</p><p>　　即 Ra1=</p><p>　　當(dāng)曲線(xiàn)1轉(zhuǎn)換到曲線(xiàn)2時(shí)，即從a點(diǎn)轉(zhuǎn)換到b點(diǎn)時(shí)，由于切除電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)都保持不變，這樣在b點(diǎn)

16、有I2=</p><p>　　在c點(diǎn) I1= </p><p>　　兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 </p><p>　　同樣，當(dāng)從d點(diǎn)轉(zhuǎn)換到點(diǎn)e時(shí),得</p><p>　　這樣，如圖2-1所示的二級(jí)啟動(dòng)時(shí)，得</p><p>　　推廣到m級(jí)的一般情況，得β==???=</p>

17、<p>　　式中的β為最大電流I1與切換電流I2之比，稱(chēng)為啟動(dòng)電流比，它等于相鄰兩級(jí)電樞回路總電阻之比。</p><p>　　由此可以推出 </p><p>　　式中的m為啟動(dòng)級(jí)數(shù)。由上式得</p><p><b>　　亦有 </b></p><p>　　由式β==???=可得每級(jí)電樞回路

18、總電阻進(jìn)而求出各級(jí)啟動(dòng)電阻為：</p><p>　　R1=Ra1-Ra2</p><p>　　R2=Ra2-Ra3</p><p>　　R3=Ra3-Ra4 </p><p><b>　　?</b></p><p><b>　　?</b></p><p&g

19、t;<b>　　?</b></p><p>　　R(m-1)=Ra(m-1)-Ram </p><p><b>　　Rm=Ram-r</b></p><p>　　啟動(dòng)最大電流I1及切換電流I2按生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求確定，一般</p><p>　　I1=(1.5~2.0)IaN</p>&

20、lt;p>　　I2=(1.1~1.2) IaN</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1選擇啟動(dòng)電流I1和切換電流I2</p><p>　　I1=(1.5~2.0)IaN=(1.5~2.0)A=(745.5~994)A</p><p>　　I2=(1.1~1.2) IaN=(1.1~1.2) A=

21、(546.7~596.4)A</p><p>　　選擇I1=840A, I2=560A。</p><p><b>　　求出切換電流比β</b></p><p><b>　　β= </b></p><p>　　求啟動(dòng)時(shí)電樞電路的總電阻</p><p><b>　　Ra

22、m=</b></p><p>　　3.4求出啟動(dòng)時(shí)的電樞電路的總電阻Ram</p><p><b>　　=4.76</b></p><p><b>　　取 m=5</b></p><p>　　3.5重新計(jì)算β，校驗(yàn)I2</p><p><b>　　=1.

23、47</b></p><p><b>　　I2==571A</b></p><p>　　I2在規(guī)定的范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.5 求出各級(jí)總電阻</p><p><b>　　R5=</b></p><p><b>　　R4=</b>

24、</p><p><b>　　R3=</b></p><p><b>　　R2=</b></p><p><b>　　R1=</b></p><p><b>　　R0=r=</b></p><p>　　3.6 求出各級(jí)啟動(dòng)電阻<

25、;/p><p>　　Rst1=R1-R0=</p><p>　　Rst2=R2-R1=</p><p>　　Rst3=R3-R2=</p><p>　　Rst4=R4-R3=</p><p>　　Rst5=R5-R4=</p><p><b>　　結(jié)論</b></p>

26、;<p>　　根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)計(jì)算方法可以總結(jié)如下：</p><p>　　選擇啟動(dòng)電流I1和切換電流I2</p><p><b>　　啟動(dòng)電流為I1；</b></p><p><b>　　切換電流為I2；</b></p><p>　　二、求出啟動(dòng)電流和切換電流

27、之比β；</p><p>　　三、求出電動(dòng)機(jī)的電樞電路電阻r;</p><p>　　四、求出啟動(dòng)時(shí)的電樞總電阻Ram;</p><p>　　五、求出啟動(dòng)級(jí)數(shù)m；</p><p>　　六、重新計(jì)算β,校驗(yàn)I2是否在規(guī)定的范圍內(nèi)；</p><p>　　若m是取相近整數(shù)，則需重新計(jì)算I2；</p><p&

28、gt;　　再根據(jù)得出的β重新求出I2，并校驗(yàn)I2是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。若不在規(guī)定的范圍內(nèi)，需加大啟動(dòng)級(jí)數(shù)m重新計(jì)算β和I2，直到符合要求為止。</p><p>　　七、求出各級(jí)總電阻；</p><p>　　八、求出各級(jí)啟動(dòng)電阻；</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)為期一周的研究和設(shè)計(jì)，最

29、終順利的完成了電力與拖動(dòng)的課程設(shè)計(jì)—他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　在查找資料的過(guò)程中，進(jìn)一步了解了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的分析過(guò)程和計(jì)算方法。加深了在課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容。同時(shí)體會(huì)到了，學(xué)習(xí)和實(shí)踐的重要性。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也進(jìn)一步歷練自己，增強(qiáng)了獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考并解決問(wèn)題的能力，相信這些對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作必有很大的益處。</p>

30、<p>　　總而言之，在這一周的忙碌過(guò)程中，無(wú)論是編輯技巧，還是對(duì)電動(dòng)機(jī)的知識(shí)，我都收獲很多。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《電機(jī)與拖動(dòng)》 李曉竹 主編 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 2009年出版</p><p>　　[2]《電機(jī)與拖動(dòng)》 唐介 主編 高等教育出版社 20