他励直流电动机串电阻三级起动控制设计

《电机与拖动》课程设计他励直流电动机串电阻三级起动控制设计SeparatelyExcitedDCMotorSeriesResistanceThreeStartControlDesign《电机与拖动》课程设计I摘要这篇文章主要解决他励直流电动机串电阻三级起动控制设计问题，设计出可以三级起动的电动机。本文通过理论设计，实验室检验，再纠正的方法，阐述了他励直流电动机的基本结构，工作原理，得到了他励直流电动机的起动方法，通过得到的结论设计出可以三级起动的他励直流电动机。关键词他励；直流；电阻；起动；三级《电机与拖动》课程设计IIAbstractThisarticlemainlysolvestheseparatelyexcitedDCmotorseriesresistancethreestartingcontroldesign,designcanbealevelthreestartingmotor.Inthispaper,throughtheoreticaldesign,laboratorytests,andthecorrectionmethod,elaboratedseparatelyexcitedDCmotor'sbasicstructure,workingprinciple,gothimexcitedDCmotorstartingmethod,theconclusioncanbedevelopedthroughthreegradestartingofseparatelyexcitedDCmotor.Keywords：excitation;DC;resistance;starting;three《电机与拖动》课程设计I目录1绪论.............................................................................................................................................11.1直流电机基本的结构..........................................................................错误!未定义书签。1.1.1定子...............................................................................................错误!未定义书签。1.1.2转子...............................................................................................错误!未定义书签。1.1.3励磁方式.......................................................................................错误!未定义书签。1.1.4额定值...........................................................................................错误!未定义书签。1.2直流电动机的工作原理......................................................................错误!未定义书签。1.3励磁直流电动机的机械特性..............................................................错误!未定义书签。1.3.1固有特性.......................................................................................错误!未定义书签。1.3.2人为特性.......................................................................................错误!未定义书签。2他励直流电动机的起动方法和启动过程.................................................错误!未定义书签。2.1降低电枢电压起动..............................................................................错误!未定义书签。2.1串电阻起动..........................................................................................错误!未定义书签。2.1.1无级起动.......................................................................................错误!未定义书签。2.1.1有级起动.......................................................................................错误!未定义书签。3选择转子串电阻方式，按给定参数计算各级起动电阻值.....................错误!未定义书签。结论...............................................................................................................................................11心得...............................................................................................................................................12参考文献.......................................................................................................................................13《电机与拖动》课程设计11绪论1.1直流电机的基本结构图1-1直流电机的结构1.1.1定子直流电子的定子有以下几部分组成：（1）主磁极及原理图中的N和S极。它由励磁绕组和主磁极铁芯两部分组成。（2）换向磁极简称换向极。它是位于主磁极之间的比较小的磁极，也是由铁芯和绕组两部分组成。铁芯一般用整块钢板加工而成。换向极绕组与电枢绕组串联。换向磁极的作用是用来改善换向。（3）机座用铸钢或钢板制成，是构成直流电机的一部分。（4）端盖等机座两边各有一个端盖。1.1.2转子直流电机转子包括以下几部分：（1）电枢铁心它由硅钢片叠成，表面有许多均匀分布的槽。（2）电枢绕组实际的电枢绕组由很多线圈按一定规则连接起来。绕组嵌放在电枢铁心槽内。《电机与拖动》课程设计2（3）换向器由很多换向片组成，外表呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。（4）风扇等。1.1.3励磁方式按励磁方式的不同，直流电机可分为他励、并励、串励和复励电机四种。如图1.1.3-1所示，分别给出了四种励磁方式电路图。（a）他励直流电动机（b）幷励电动机（c）串励电动机（d）复励电动机图1-1-3-1直流电机按励磁方式分类1.1.4额定值（1）额定电压UN在直流电动机中，UN是指输入电压的额定值。若是他励电动机，额定电压分为额定电枢电压UaN和额定励磁电压UfN。（2）额定电流IN在直流电动机中，IN是指输入的额定值，若是他励电动机，额定电流分别为额定电枢电流IaN和额定励磁电流IfN。（3）额定功率PN在直流电动机中，PN是输出的机械功率的额定值。它等于额定输出转矩T2N约定旋转角速度ΩN的乘积，即PN=T2NΩN=2πT2NnN/60（4）额定转速nN《电机与拖动》课程设计3额定转速是指电动机在额定状态下运行时的转子转速。1.2直流电动机的工作原理图1-2为直流电机的结构原理图。（a）（b）图1-2直流电机的工作原理图图中N和S是一对固定不动的磁极，用以产生所需要的磁场。如图所示将电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的转轴与机械负载相连，这时便有电流从电源的正极流出，经电刷A流入电枢绕组，然后经电刷B流回电源的负极。在图1-2（a）所示位置时，线圈ab边在N极下，cd边在S极下，电枢电流沿着a→b→c→d的方向流动。电枢电流与磁场相互作用产生电磁力F，其方向可用左手定则来判断。这一对电磁力所形成的电磁转矩使电机逆时针方向旋转。当电枢绕组的ab边转到了S极下，cd边转到了N极下，如果线圈中电流的方向仍然不变，那么作用在这两个线圈边上的电磁力和电磁转矩的方向就会与原来的方向相反，电机便无法旋转。为此，必须改变电枢绕组中电流方向。这一任务由连接在线圈两端的铜片和电刷来完成。如图（b）可看到，由于原来电刷A接触的线圈a端的铜片现已改成与电刷B接触，而原来与电刷B接触的线圈d端的铜片现已改成与电刷A接触，因此电枢绕组中的电流变成沿d→c→b→a的方向流动。利用左手定则判断出点磁力机电磁转矩的方向仍然使电动机逆时针旋转。1.3他励直流电动机的机械特性《电机与拖动》课程设计4在他励电动机中，当Ua、Ra和If保持不变，电动机的转速n与电磁转矩之间的关系称为他励电动机的机械特性。转速与转矩的关系为：n=Ua/CEφ-RaT/CECTφ2=n0-△n=n0-γTn0为理想空在转速：n0=Ua/CEφ△n是转差率：△n=n0-n=γTr是机械特性的斜率：γ=RaT/CECTφ2机械特性的硬度为α=1/γ斜率γ越小，硬度α越大，机械特性越硬。1.3.1固有特性如图所示，由于电枢电阻Ra很小，所以机械特性的斜率γ很小，α很大，固有特性为硬特性。图1-3-11.3.2人为特性（1）增加电枢电阻时的人为特性如图所示，串入的电阻越大，人为特性的斜率γ越大，硬度α越小。《电机与拖动》课程设计5图1-3-2-1（2）降低电枢电压时的人为特性Ua降低时，n0减小，γ不变，α不变，机械特性平行下移。如图所示图1-3-2-2（3）减小励磁电流时的人为特性减小励磁电流If，则磁通φ减小，n0增加，γ增加，α减小，如图所示图1-3-2-3《电机与拖动》课程设计62他励直流电动机的起动方法和起动过程直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。他励电机起动瞬间，转速n=0，电动势E=0故起动电流Is=Ua/Ra由于在额定电压下直接起动Ra很小，所以Is很大，可达额定电流的10―20倍，这是换向所不允许的，故要使电流在允许范围内方法有两个：降低Ua和增加Ra。2.1降低电枢电压起动起动时加励磁电压Uf，保持励磁电流If为额定值不变，电枢电压Ua从零逐渐升高至额定值。这种起动方法的优点是起动平稳，起动中能耗小，易于实现现代化。缺点是初期投资大。2.2串电阻起动串电阻起动就是在起动时将一组起动电阻R串人电枢回路，以限制起动电流，而当转数上升到额定转数后，再把用开关把电阻从电枢回路中切除。串电阻起动的优点是起动电流小；缺点是变阻器比较笨重，起动过程中要消耗很多的能量。2.2.1无极起动额定功率较小的电动机可采用在电枢电路内串联起动变阻器的无级起动方法起动。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。再接通电枢电源，电动机开始起动。随着转速的升高，逐渐减小起动变阻器的电阻