1、課程設(shè)計名稱電機(jī)與拖動課程設(shè)計題目：直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 課程設(shè)計成績評定表學(xué)期第四學(xué)期姓名劉明劍專業(yè)班級課題名稱電機(jī)與拖動課程設(shè)計論文題目直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計評 定 標(biāo) 準(zhǔn)評定指標(biāo)分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15綜合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師時間年 月 日備注課程設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計題目直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計二、 設(shè)計任務(wù)某工廠有一臺他勵直流電動機(jī)，已知參數(shù)如下：三、設(shè)計計劃電機(jī)與拖動課程設(shè)計預(yù)計10天內(nèi)完成。前三天查找并收集相關(guān)資料，之后兩到三天總結(jié)并整理設(shè)計的

2、內(nèi)容，最后幾天系統(tǒng)的進(jìn)行相關(guān)課題的設(shè)計，反映到書面上來。三、 設(shè)計要求1、設(shè)計工作量是按要求完成設(shè)計說明書一份；2、設(shè)計必須根據(jù)進(jìn)度計劃按期完成；3、設(shè)計說明書必須經(jīng)指導(dǎo)老師審查簽字。 一、直流電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)的工作原理如下：如上圖所示為最簡單的直流電動機(jī)的原理圖。其換向器是由二片互相絕緣的半圓銅環(huán)（換向片）構(gòu)成的，每一換向片都與相應(yīng)的電樞繞組連接，與電樞繞組同軸旋轉(zhuǎn)，并與電刷A、B相接觸。若電刷A是正電位，B是負(fù)電位，那么在N極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組ab中的電流從a流向b，在S極范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組cd中的電流從c流向d。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁埸中要受到電磁力的作用，根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體中的電流方向

3、，利用電動機(jī)左手定則判斷，如圖中ab邊受力方向是向左，而cd則向右。由于磁場是對稱的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受的電磁力的大小相等。這樣轉(zhuǎn)子線圈上受到的電磁力 f的作用而按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面時，線圈中的電流為零。因此，電磁力也等于零。但由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半圈之后，雖然ab與cd的位置調(diào)換了，ab轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)，cd轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)，但是由于電刷和換向片的作用，轉(zhuǎn)到N極下的cd邊中的電流方向也變了，是從d流向c，在S極下的ab邊中的電流，則從b流向a。因此，電磁力f的方向仍然不變，轉(zhuǎn)子線圈仍按逆時針方向轉(zhuǎn)動。可見，分別在N，S極范圍內(nèi)

4、的導(dǎo)體中的電流方向總是不變的。因此，線圈二邊受力方向也不變。這樣，線圈就可以按受力方向不停地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機(jī)的工作原理。直流電動機(jī)的分類根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型。1他勵直流電機(jī)勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵直流電機(jī)，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動機(jī)，若為發(fā)電機(jī)，則用G表示。永磁直流電機(jī)也可看作他勵直流電機(jī)。2并勵直流電機(jī)并勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖（b）所示。作為并勵發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機(jī)來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機(jī)相同

5、。3串勵直流電機(jī)串勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機(jī)的勵磁電流就是電樞電流。4復(fù)勵直流電機(jī)復(fù)勵直流電機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖（d）所示。不同勵磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動機(jī)的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復(fù)勵式。 電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。機(jī)械特性是電動機(jī)機(jī)械性能的主要表現(xiàn)，它與負(fù)載的機(jī)械特性，運動方程式相聯(lián)系，將決定拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行及過渡過程的工作情況。    機(jī)械特性中的是電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩是不同的，其間差一空載轉(zhuǎn)矩，即：  

6、60;  在一般情況下，因為空載轉(zhuǎn)矩相比或很小，所以在一般的工程計算中可以略去，即：    已知直流電動機(jī)的機(jī)械特性方程式為    式中為電樞回路總電阻，包括及電樞回路串聯(lián)電阻，為理想空載轉(zhuǎn)速記為，記為，為機(jī)械特性的斜率。    當(dāng)， ，電樞回路沒有串電阻時的機(jī)械特性稱為直流電動機(jī)的固有機(jī)械特性。當(dāng)改變或或電樞回路串電阻時，其機(jī)械特性的或?qū)⑾鄳?yīng)變化，此時稱為直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性。    若不計電樞反應(yīng)的影響，當(dāng)電動機(jī)正向運行時，其機(jī)械特性是一條橫跨I、II、IV

7、象限的直線。其中第I象限為電動機(jī)運行狀態(tài)，其特點是電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)方向（轉(zhuǎn)速的方向）相同，第II、IV象限為制動運行狀態(tài)。他勵直流電動機(jī)串電阻起動1 增加電樞電阻起動在實際中，如果能夠做到適當(dāng)選用各級起動電阻，那么串電阻起動由于其起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)和可靠，同時可以做到平滑快速起動，因而得到廣泛應(yīng)用。但對于不同類型和規(guī)格的直流電動機(jī)，對起動電阻的級數(shù)要求也不盡相同。下面僅以直流他勵電動機(jī)電樞回路串電阻起動為例說明起動過程。 (1) 啟動過程分析如圖4(a)所示，當(dāng)電動機(jī)已有磁場時，給電樞電路加電源電壓U。觸點KM1、KM2均斷開,電樞串入了全部附加電阻RK1+RK2 ,電樞回路總電阻為Ral

8、=ra+RK1 +RK2。這是啟動電流為 =與起動電流所對應(yīng)的起動轉(zhuǎn)矩為T1。對應(yīng)于由電阻所確定的人為機(jī)械特性如圖4(b)中的曲線1所示。 (a) 電路圖 (b) 特性圖 圖4 直流他勵電動機(jī)分二級起動的電路和特性根據(jù)電力拖動系統(tǒng)的基本運動方程式 T-TL=J 式中 T電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩； TL由負(fù)載作用所產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩； J電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量； 由于起動轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動機(jī)受到加速轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，電動機(jī)開始起動。在圖4(b)上，由a點沿曲線1上升，反電動勢亦隨之上升，電樞電流下降，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩亦隨之下降，加速轉(zhuǎn)矩減小。上升到b點時，為保證一定的加速轉(zhuǎn)矩，控制觸點KM1閉合

9、，切除一段起動電阻RK1。b點所對應(yīng)的電樞電流I2稱為切換電流，其對應(yīng)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2稱為切換轉(zhuǎn)矩。切除后，電樞回路總電阻為Ra2=ra+。這時電動機(jī)對應(yīng)于由電阻Ra2所確定的人為機(jī)械特性，見圖4(b)中曲線2。在切除起動電阻RK1的瞬間，由于慣性電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，仍為nb，其反電動勢亦不變。因此，電樞電流突增，其相應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也突增。適當(dāng)?shù)剡x擇所切除的電阻值，使切除后的電樞電流剛好等于，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為T2，即在曲線2上的c點。又有T1>T2，電動機(jī)在加速轉(zhuǎn)矩作用下，由c點沿曲線2上升到d點。控制點KM2閉合，又切除一切起動電阻。同理，由d點過度到e點，而且e點正好在固有機(jī)械特性上。

10、電樞電流又由I2突增到，相應(yīng)的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩由T2突增到T1。T1> TL，沿固有特性加速到g點T=TL，n=ng電動機(jī)穩(wěn)定運行，起動過程結(jié)束。在分級起動過程中，各級的最大電流I1(或相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩T2)及切換電流 (或與之相應(yīng)的切換轉(zhuǎn)矩T2)都是不變的，這樣，使得起動過程有較均勻的加速。要滿足以上電樞回路串接電阻分級起動的要求，前提是選擇合適的各級起動電阻。下面討論應(yīng)該如何計算起動電阻。 (2) 起動電阻的計算 在圖4(b)中，對a點，有=即 Ra1=當(dāng)從曲線1(對應(yīng)于電樞電路總電阻 Ra1=ra+)轉(zhuǎn)換得到曲線2(對應(yīng)于總電阻Ra2=ra+)時，亦即從點轉(zhuǎn)換到點時，由于切除電阻RK1進(jìn)行

11、很快，如忽略電感的影響，可假定nb=nc，即電動勢Eb=Ec，這樣在點有=在c點 =兩式相除，考慮到Eb=Ec，得 同樣，當(dāng)從d點轉(zhuǎn)換到e點時，得 = 這樣，如圖4所示的二級起動時，得 =推廣到m級起動的一般情況，得=式中為最大起動電流與切換電流之比，稱為起動電流比(或起動轉(zhuǎn)矩比)，它等于相鄰兩級電樞回路總電阻之比。由此可以推出 =式中m為起動級數(shù)。由上式得 =如給定 ,求m,可將式=取對數(shù)得 m=由式=可得每級電樞回路總電阻進(jìn)而求出各級啟動電阻為： =Ra1-Ra2 =Ra2-Ra3 =Ra3-Ra4 R(m-1)=R a(m-1)-Ram Rm=Ram-ra起動最大電流及切換電流I2按生產(chǎn)

12、機(jī)械的工藝要求確定，一般 =(1.52.0) =(1.11.2) 直流電動機(jī)電樞串電阻起動設(shè)計方案1）選擇啟動電流I1和切換電流I2=(1.52.0)=(1.52.0)×497=(745.5994)A=(1.11.2)=(1.11.2)×497=(546.7596.4)選擇=840，=560。2）求出起切電流比=1.53）求出啟動時電樞電路的總電阻RamRam=0.524（4）求出啟動級數(shù)mm=4.76取m=55）重新計算，校驗=1.47=571在規(guī)定范圍之內(nèi)。6）求出各級總電阻=ra=1.4750.076=0.52=ra =1.4740.076=0.35=ra=1.473

13、0.076=0.24=ra=1.4720.076=0.16=ra=1.470.076=0.11=Ra=0.0767）求出各級啟動電阻Rst1=-=(0.11-0.076)=0.034Rst2=-=(0.16-0.11)=0.05Rst3=-=(0.24-0.16)=0.08Rst4=-=(0.35-0.24)=0.11Rst5=-=(0.52-0.35)=0.27結(jié)論根據(jù)以上的設(shè)計實踐，他勵直流電動機(jī)串電阻啟動計算方法可歸結(jié)如下：選擇啟動電流和切換電流啟動電流為；對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩T1；切換電流為；對應(yīng)的啟動轉(zhuǎn)矩T；求出起切電流（轉(zhuǎn)矩）比；求出電動機(jī)的電樞電路電阻ra；求出啟動時的電樞總電阻Rm；

14、求出啟動級數(shù)m；重新計算，校驗I2是否在規(guī)定范圍內(nèi)；若m是取相近整數(shù)，則需重新計算；= 再根據(jù)得出的重新求出，并校驗是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大啟動級數(shù)m重新計算和，直到符合要求為止。求出各級總電阻求出各級啟動電阻這便是他勵直流電動機(jī)電樞串電阻起動的大體思路與過程。心得與體會經(jīng)過為期一周的研究與設(shè)計，本次電機(jī)與拖動課程設(shè)計直流電動機(jī)電樞回路串電阻起動較為順利的完成。這是我自入學(xué)以來第一次進(jìn)行課程設(shè)計，因此感觸頗深：通過這次課程設(shè)計，使我更進(jìn)一步了解了直流電動機(jī)的工作原理及其起動過程，對直流電機(jī)的電力拖動有了更加深入的理解與體會。與此同時，同學(xué)間的團(tuán)結(jié)協(xié)作，密切配合，各抒己見同樣起到了至關(guān)重要的作用，這也是我明白了集體的重要性。另外，在設(shè)計過程中，也進(jìn)一步礪練了自己，增強(qiáng)了獨立發(fā)現(xiàn)問題、思考并解決問題的能力，相信這些能力對于將來走進(jìn)就業(yè)崗位都會有極大地益處。總而言之，在這一周的實踐中，我學(xué)到了許多有意的東西，這些東西都是很寶貴的財富。致謝首先我要向仲偉堂、王繼強(qiáng)、王巍等幾位老師表示由衷的感謝，在此特別感謝仲偉堂老師，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，一絲不茍的作風(fēng)深深的感染了我。他們在百忙之余抽出時間進(jìn)行耐心細(xì)致的指導(dǎo)，再次由衷的向他們表示感謝。在設(shè)計過程中也同樣得到了其他同學(xué)的熱心幫助，在此向他們表示