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井冈山大学JINGGANGSHANUNIVERSITY毕业论文（设计）题目直流电动机启动器的设计英文题目DCmotorstarterdesign院系数理学院专业电子信息工程姓名龙华玉年级06电信专（1）指导教师乐宋进二零零九年3月摘要直流电动机是当今生活中用途最广泛的电机之一，其控制系统的发展随着控制器件的发展而发展。只要借助简单的接触器和继电器等控制元件就能实现对电机的启动和正反转控制。具有简单、经济、对工作环境要求低，维护方便等一系列优点，特别是适用于发展中国家的使用。因此为直流电机设计一个好的启动控制系统，对直流电机具有十分重要的意义。AbstractDCmotoristhelifeofthemotorusesoneofthemostextensive,anditscontrolsystemtocontrolthedevelopmentasthedevelopmentofdevices.Withjustasimple,suchascontactorsandrelaystocontroltheelectricalcomponentswillbeabletoachievecontrolofthestart-upandpositive.Withasimple,economic,andenvironmentalrequirementsoftheworkofthelow,easymaintenance,suchasaseriesofadvantages,especiallyforuseindevelopingcountries.SothedesignforDCmotorcontrolsystemagoodstartontheDCmotorisveryimportant.[关键词]直流电动机、启动器、串电阻、继电器II[Keywords]directcurrentmotor、starter、seriesresistors、relaysIII目录摘要.............................................................Ⅰ前言.............................................................01第1章绪论........................................................021.1直流电动机的机械特性.........................................021.2直流电动机启动方法...........................................021.3直流电动机启动器设计的目的和意义.............................031.4本文的主要研究工作...........................................03第2章直流电动机启动器分析........................................042.1启动器结构...................................................042.2启动方法的选择...............................................042.3启动器的工作原理.............................................052.4本章小结.....................................................06第3章直流电动机启动器系统设计....................................073.1电动机的选择.................................................073.2启动电阻、制动电阻的选择.....................................073.3继电器接触器的选择...........................................093.4开关按钮的选择...............................................123.5直流电机启动模拟.............................................123.6本章小结.....................................................12结束语.............................................................13附图.............................................................14参考文献...........................................................15致谢...............................................................161前言一个国家电动机工业的发展水平常以它能为电力工业提供多少什么样的发电装备作为主要衡量标志。近年来，一些发达国家可开发的水力资源日趋枯竭。国外发电设备制造的主要趋势：在巩固60-70年代已制大型机组及其采用的某些新型材料新结构的基础上，在充分保证可靠性能和希望取得足够运行经验的前提下，稳步的发展更大的机组；采用更为合理的励磁系统，提高单机容量。在当今生产与生活中，直流电动机的应用已经非常广泛。直流电动机虽不及交流电动机结构那么简单、制造容易、维护方便、运行可靠，但直流电动机既有交流电动机所不能比拟的良好启动性能和调速性能，因此在速度调节要求较高、正反转等生产机械上，仍采用直流电动机。而直流电机的励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机又可分为多种类型。根据电机的不同种类又有多种启动方式。直流电动机启动器的设计依然是电机控制的一大热点。由于其启动方法有多种，而每种启动方法都有各自的优缺点，因此启动器设计有多种。本文主要讲述的是直流电动机启动器的设计过程以及其正反转的控制方法。根据不同的电机设计不同启动器的线路，并且选用不通过学习直流电动机的基本知识，再选用不同功率电机的通过计算来设计其启动器控制线路。本文是作者在学习以及求职过程中完成的，尽管我们已经做了不懈的努力，力求做的完美，但由于学识水平有限，本文难免有缺点和错误，恳请老师批评指正和教导，给予我们宝贵的意见。2第1章绪论1.1直流电动机的机械特性要设计启动器，首先必须理解直流电动机的机械特性。直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。他励电动机的励磁绕组与电枢是分离的，分别由励磁电源电压Uf和电枢电源电压U两个直流供电；而在并励电动机中两者是并联的，由同一电压U供电。当电源电压U和励磁电路的电阻Rf（包括励磁绕组的电阻和励磁调节电阻Rf）保持不变时，励磁电流If以及由它所产生的磁通Φ也保持不变，即Φ=常数。则电动机的转矩也就和电枢电流成正比，T=KtΦIa这是并励电动机的特点。当电动机的电磁转矩T必须与机械负载转矩T2及空载损耗转距T0相平衡时，电动机将等速转动；当轴上的机械负载发生变化时，将引起电动机的转速、电流及电磁转距等发生变化。1.2直流电动机的启动方法（1）全压启动：把电动机直接接在额定电压的直流电源上启动方法。这种方法所用的设备和操作都很简单，但是启动瞬间，由于转速n=0电枢电动势Ea=0，而电枢的总电阻RN很小，因此启动电枢电流I=UN/RN很大，可达到（10-20）IN。这样大冲击电流，不仅对电机的换向、温升和机械方面都很不利而且可能使电网电压发生瞬时跌落，影响其它用电设备的正常运行。因此大功率的电机一般不能使用此方法。（2）降压启动：对于功率较大而且启动频繁的电机，多采用降低端电压的方法。启动中，可随着转速的升高而逐步升高端电压，将电枢电流限制在一定范围内的同时获得较大电磁转矩。其优点使启动平滑，耗能少，但需要专门的直流电源。（3）电枢串电阻启动：启动时在电枢回路中串入启动电阻可以限制电枢电流，启动结束就把所有的电阻切除。对于要求启动转矩持续较大，则串入分级的启动变阻器，随着转速的升高，逐级切除。这种方法不仅简单，而且很经济。是大多数直流电动机首选的启动方式，本设计根据要求选择。31.3直流电动机启动器设计的目的和意义（1）设计目的：在启动瞬间电机还没有转，没有自感反电动势,且当时磁场刚刚运作,磁性最强,n=(U-Ia(Ra+R))/KeΦ,在启动的时候，由于T=Tn，Ea=KeΦn=0，此时的电枢电流Ia=Us/Ra=Is，由于Ra本身很小，Is和Ts都比启动电流大很多，所以此时,通电线圈在磁场中做切割磁感线运动最剧烈，电流最大。而大功率的直流电动机启动时，需要增大励磁磁场，减小启动电流。而且励磁线圈的匝数多，线径细。电枢的匝数少线径粗，故电枢线圈的电阻很小很小。启动时，为了减小启动电流，保护电源不受损害，所以电枢电阻调大。同时为了保证有足够的启动力矩，所以励磁电阻调小，使励磁线圈的电流加大，激励磁场增强。而要实现上面一系列的动作，其启动方法的选择尤为重要，选择的启动方法将直接影响直流电动机的启动。（2）意义：由于直流电机的启动电流很大，特别是大功率的直流电动机的启动电流甚至达到几百安培，如果不对其进行限流，电机的绕组将很容易烧坏，从而造成很大经济损失，降低了生产效率。因此对直流电动机启动器的设计，降低电机启动电流是非常有用处和意义的。1.4本文主要研究工作本文主要研究的是运用电枢串电阻启动的启动方法，并选择适当的继电器为大功率的直流电动机设计启动器。主要工作是启动电阻、制动电阻的选择，继电器接触器的选择，开关按钮的选择并进行计算。4第2章直流电动机启动器设计思路2.1启动器结构本次所设计的电机启动器主要由：启动电阻、制动电阻、接触器、时间继电器、欠压继电器、热继电器以及所对应的各种触点和按钮。2.2启动方法的选择由于本次是为大功率的直流电机设计启动器，因此不能进行全压启动。而为了减少电源个数的使用，因此选用电枢串电阻的启动方法。图1（a）图1（b）所示为串电阻启动的特性图，启动过程中，接触器依次将外接电阻短接，其启动原理图如图1（a）所示。5图1（b）由此可见，启动的级数越多做大转矩就越与平均转矩接近，启动过程就很快而平稳，使启动电流降低，保护电机。而且从特性图也可以看出，在一定的负载转矩下TL下，串入不同的电阻还可以得到不同的速度。2.4启动器的工作原理启动器的工作原理根据系统的电路原理图（附图一），R1、R2、R3为起动电阻；RZ为反接制动电阻；R为放电电阻；SB1为正转按钮；SB2为反转按钮；SB3为停止按钮；KM1为正转达接触器；KM2为反转接触器；KM3为反接制动接触器；KM6、KM7、KM8为加速接触器。工作原理：合上电源断路器QF1、QF2，励磁绕组BQ得电励磁。同时，时间继电器KT1、KT2和KT3线圈通电，它们的延时闭合常闭触点断开，接触器KM6、KM7、KM8失电释放，时间继电器KT2延时时间整定大于KT1的延时时间，时间继电器KT3延时时间整定大于KT2的延时时间，此时电路处于准备起动状态。如要正转，按下正转起动按钮SB1，接触KM1得电吸合并自锁，其主触点闭合，在电动机电枢回路中串入电阻R1、R2和R3，降压起动、正转运行。KM1常闭辅助触点断开,时间继电器KT1、KT2和KT3失电,经过一段延时后,KT1延时闭合常闭触点闭合,加速接触KM得电吸合,其主触点闭合,其主触点闭合,短接起6动电阻R1，电动机速度继续升速；过一段延时后，KT2延时闭合常闭触点闭合,加速接触KM7得电吸合,其主触点闭合,短接起动电阻R3,电动机速度继续升