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1、实用文档 标准文案 指导教师评定成绩： 审定成绩： 湖南交通工程学院 课程设计报告 设计题目：直流电机的串电阻调速过程设计 院系：电气与信息工程系 学 生姓 名：张 蕴 专业：电气工程及其自动化 班级：14 级电气工程及其自动化（1）班 学号：144139240471 指 导教 师：陈海文 设计时间：2017 年 11 月 实用文档 标准文案 课 程 设 计 任 务 书 一、设计题目 直流电机的串电阻调速过程设计 二、设计任务和要求 1.熟练直流电机的机械特性和电气特性； 2.根据图片提示，综合运用知识分析直流电机的运行过程； 3.计算每个阶段变化过程中的阻值对系统的影响； 4.推导出每个速度
2、变化过程中电阻值的公式； 5.根据以下直流电动机特性 Pn=85KW Uan=380V Ian=176A Nn=1450r/min 欲用电枢串电阻启动，启动级数初步为3 级 1) 选择启动电流I1, 切换电流 I2 和切换电流I3 2) 求出起切电流比 3) 求出启动时电枢电路的总电阻Ram 4) 求出启动级数m 5) 重新计算，校验I2,I3 6) 求出各级总电阻 7) 求出各级启动电阻 8) 结论 9) 提交整个设计报告和测试报告 实用文档 标准文案 目 录 一、直流电动机的综述4 二、他励直流电动机5 三、设计内容 12 四、结论 14 五、心得体会 16 六、参考文献 17 实用文档
3、标准文案 一、 综述 直流电动机因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛 应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3 类, 其中 自励又分为并励、串励和复励3 种。 直流电动机 - 特点： (一) 调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负 载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机 可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范 围较宽。 (二) 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此， 凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆 轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。 直流电动机 工作原理： 如上图（ a）所示，则有
4、直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab 和 cd 收 到电磁力的作用， 其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力 实用文档 标准文案 形成了一个转矩， 使得转子逆时针转动。 如果转子转到如上图 （b） 所示的位置，电刷 A 和换向片 2 接触，电刷 B 和换向片 1 接触， 直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。 此时载流导体 ab和 cd 受到电磁力的作用方向同样可由左手 定则判定， 它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直 流电动机的工作原理。 外加的电源是直流的，但由于电刷和换向 片的作用，
5、在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向 却是不变的。 实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成， 同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕 组形式同发电机。 二、他励直流电动机 他励直流电动机由励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源 供电。在励磁电压 Uf的作用下，励磁绕组中通过励磁电流If，从而产 生主磁极磁通。 在电枢电压 Ua的作用下，电枢绕组中通过电枢电流 Ia。电枢电流与磁场相互作用产生机械以某一转速n 运转。电枢旋转 时，切割磁感线产生电动势E.电动势的方向与电枢电流的方向相反。 2.1 他励直流电动机机械特性 2.1.1 他励直流电动机固有特
6、性 实用文档 标准文案 图 2-1 他励直流电动机固有特性 2.1.2 他励直流电动机人为特性 图 2-2 电枢串电阻起动时的人为特性图 2-3 降低电枢电压人为 特性(UNT2，电动机在加速转矩作用下，由c点沿曲线 2 上升到d点。控制点 KM2闭合，又切除一切起动电阻RK2。同理，由d 点过度到e点，而且e点正好在固有机械特性上。电枢电流又由I2 突增到 I1，相应的电动机转矩由T2突增到 T1。T1 TL，沿固有特性加 实用文档 标准文案 速到g点 T=TL，n=ng电动机稳定运行，起动过程结束。 在分级起动过程中，各级的最大电流I1( 或相应的最大转矩T2) 及切换电流 I2(或与之相
7、应的切换转矩T2) 都是不变的， 这样，使得起 动过程有较均匀的加速。 要满足以上电枢回路串接电阻分级起动的要求，前提是选择合适 的各级起动电阻。下面讨论应该如何计算起动电阻。 (2) 起动电阻的计算 在图 4(b) 中，对a点，有 I1= 1a R U 即 Ra1= 1 I U 当从曲线 1( 对应于电枢电路总电阻 Ra1=ra+ RK1 +RK2) 转换得到曲 线 2( 对应于总电阻 Ra2=ra+RK2)时，亦即从点转换到点时，由于切除电 阻 RK1进行很快，如忽略电感的影响，可假定nb=nc，即电动势 Eb=Ec， 这样在点有 I2= 1a b R UU 在 c 点 I1= 2a c
8、R UU 两式相除，考虑到Eb=Ec，得 2 1 2 1 a a R R I I 同样，当从 d 点转换到 e 点时，得 实用文档 标准文案 2 1 I I = a a r R 2 这样，如图 4 所示的二级起动时，得 2 1 2 1 a a R R I I = a a r R 2 推广到 m级起动的一般情况，得 = 2 1 2 1 a a R R I I = a a r R 2 = am ma R R )1( = a am r R 式中为最大起动电流I1与切换电流 I2之比，称为起动电流比 (或起 动转矩比 )，它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。 由此可以推出 a a r R 1 = m 式
9、中 m为起动级数。由上式得 =m a a r R 1 如给定 , 求 m,可将式 a a r R 1 = m 取对数得 m= lg lg 1 a a r R 由式= 2 1 2 1 a a R R I I = a a r R 2 = am ma R R )1( = a am r R 可得每级电枢回路总电阻 Ra1=Ra2= m ra Ra2=Ra3= 1m ra Ra(m-1)=Ram= 2 r a 实用文档 标准文案 Ram=ra 各级启动电阻为 RK1=Ra1-Ra2 R K2=Ra2-Ra3 RK3=Ra3-Ra4 RK(m-1)=R a(m-1)-Ram RKm=Ram-ra 起动最大
10、电流 I1及切换电流 I2按生产机械的工艺要求确定，一般 I1=(1.52.0)IN I 2=(1.11.2)IN 及电动机相应的转矩 T1=(1.52.0)IN T2=(1.11.2)IN (3) 计算分级启动电阻，有两种情况： 1、启动级数 m未定，初选Ram= m ra求 m ，取成整数 m 计算值 计算各级电阻或分断电阻。 2、 启动级数 m已定,选定 I1Rm= 1 I U 计算值计算各级电阻或分级 电阻。 实用文档 标准文案 三、设计内容 1）选择启动电流 I1和切换电流 I2 I1=(1.5 2.0)IaN=(1.5 2.0) 497=(745.5 994)A I 2=(1.5
11、1.2)IaN=(1.1 1.2) 497=(546.7 596.4) 选择 I1=840，I2=560。 2）求出起切电流比 = 2 1 I I =1.5 3）求出启动时电枢电路的总电阻Ram Ram= 1I UaN =0.524 （4）求出启动级数 m m= lg lg a am r R =4.76 取 m=5 5）重新计算，校验 I2 = m a am r R =1.47 I2= 1 I =571 I 2在规定范围之内。 6）求出各级总电阻 R5= 5r a=1.47 5 0.076=0.52 R4= 4r a =1.47 4 0.076=0.35 实用文档 标准文案 R3= 3r a=
12、1.47 3 0.076=0.24 R2= 2 r a=1.47 2 0.076=0.16 R1=ra=1.470.076=0.11 R0=Ra=0.076 7）求出各级启动电阻 Rst1=R1-R0=(0.11-0.076)=0.034 Rst2=R2-R1=(0.16-0.11)=0.05 Rst3=R3-R2=(0.24-0.16)=0.08 Rst4=R4-R3=(0.35-0.24)=0.11 Rst5=R5-R4=(0.52-0.35)=0.27 实用文档 标准文案 四、结论 1)额定功率较小的电动机可采用在电枢电路内串起动变 阻器的方法起动。 起动前先把起动变阻器调到最大值，加上
13、励磁 电压 Uf，保持励磁电流为额定值不变。在接通电枢电源，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，直到 全部切除。额定功率比较大的电动机一般采用分级方法以保证起 动过程中既有比较大的起动转矩，又使起动电流不会超过允许 值。 2)他励直流电动机串电阻启动计算方法 选择启动电流 I1和切换电流 I2 启动电流为 I1=(1.52.0)IN 对应的启动转矩 T1=(1.52.0)IN 切换电流为 I2=(1. 11.2)IN 对应的启动转矩 T2=(1.11.2)IN 求出起切电流（转矩）比 实用文档 标准文案 = 2 1 I I 求出电动机的电枢电路电阻ra ra= aN a
14、N N aN I I P U 求出启动时的电枢总电阻Rm Ram= 1 I UaN 求出启动级数 m m= lg lg a am r R 重新计算，校验 I2是否在规定范围内 若 m是取相近整数，则需重新计算I2 = m a am r R 再根据得出的重新求出 I2，并校验 I2是否在规定范 围内。若不在规定范围内，需加大启动级数m重新计算和 I2， 直到符合要求为止。 求出各级总电阻 aam a m aa a m a rR rRR rRRa 1 32 21 求出各级启动电阻 实用文档 标准文案 五、心得体会 说实话，课程设计真的有点累然而，当我一着手清理 自己的设计成果，回味这1 周的心路历
15、程，一种少有的成功 喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也 是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己的很多不 足。通过课程设计，使我深刻的感受到，干任何事都必须耐 心细致，课程设计过程中，有些计算就是因为自己的不细致 算错了好几次只得重算，我终于感受到了科学的严谨性，我 不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的 良好习惯这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得 的磨练短短一周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知 识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是 如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自 己并不会用 在做课程设计过程中我要感谢程安宇老师
16、，由于我们学 的电机与拖动知识并不多，有很多地方我们都不懂，程老师 在百忙之余抽出时间对我们进行了耐心细致的指导，在他的 细心指导下我才能够完成课程设计。在设计过程中也得到了 其他同学的热心帮助，通过和同学们的讨论和交流我才得以 顺利地完成了课程设计的编写；在此向他们表示感谢。 实用文档 标准文案 六、参考文献 1 电机与拖动唐介 主编，高等教育出版社 2003 ， 年出版； 2 电机与拖动基础刘起新主编，中国电力出版社， 2005 年出版； 3 电机学李海发主编 ，科学出版社 2001 年出版； 4 电机与拖动周绍英主编，中央广播电视大学出版 社， 1995 年出版； 5 电机学胡虔生等编，中国电力出版社，2005 年出 版；