电机拖动课程设计

目 录

一、直流电动机的综述……………………1 二、他励直流电动机………………………3 三、设计内容………………………………7 四、结论……………………………………10 五、心得体会………………………………12 六、参考文献………………………………12

一．直流电动机的工作原理

两极直流电机的简化模型，如图5-1所示。

直流电机是利用电磁感应原理实现直流电能和机械能相互转换的电磁装置，将直流电能转换成机械能的电机称为直流电动机。

励磁线圈

a) b)

直流电机简化模型

a)直流电机结构

b)直流电机模型

直流电动机的工作原理

根据电机的可逆原理，在图5-1所示的直流电机模型中，励磁线圈仍通入直流电流，产生主极磁通。如果用直流电源通过电刷向电枢绕组供电，如图5-2所示，在电枢表面的左半部分导体（即N极下）可以流过相同方向的电流（符号“ ”表示电流从里向外流动），根据左手定则导体将受到顺时针方向的力矩作用；同时，在电枢表面的右半部分导体（即S极下）也流过相同方向的电流（符号“×”表示电流从外向里流动），同样根据左手定则导体也将受到顺时针方向的力矩作用。这样，整个电枢绕组即转子将按顺时针方向旋转，输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。这就是直流电动机的基本工作原理。

图5-2 直流电动机的工作原理

二．他励直流电动机

⒈他励直流电动机机械特性 ① 机械特性的一般形式

他励式直流电动机的电路图如右图所示，电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线便是电动机的机械特性，即n=f（Te ）。为了推导机械特性公式的一般形式，在电枢回路中串入外接电阻R。由转矩特性和转速特性推导可得机械特性的一般表达式为

Ua Ia(Ra R)UaRa RTe

n

CeΦCeΦCeΦCTΦ

UaR R

a2Te n0 Te

CeΦCeCTΦ

② 固有机械特性

直流电动机在电枢电压、励磁电压均为额定值，电枢外串电阻为零时所得的机械特性称为固有的机械特性。特性曲线如图6-2所示，曲线满足如下公式：

UNRan Te

2

图6-2他励电动机固有机械特性

③ 人为机械特性

a. 改变电枢电压

电动机励磁电流为额定值，使每极磁通 为 N并保持不变，电枢回路不外接电阻 改变电动机的电枢Ua ，得到一条与固有 机械特性平行的人为机械特性。不断改 变Ua ，可得到一组平行曲线，特性曲线 的硬度均相同，仅理想空载转速不同， 如图6-3所示。

b. 减小每极气隙磁通

当磁通减小后，理想空载转速n0升高 而斜率β增大,使特性曲线倾斜度增加

Te

改变电枢电压的人为的机械特 图6-3

n n n0

电动机的转速较原来有所提高，特性曲 线在固有机械特性之上，如图6-4所示。

c. 电枢回路串接电阻

当保持电枢回路电压Ua，励磁电流If n

nR，电 图6-4改变磁通的人为机械特性

Te

不变，改变电枢回路的串接电阻

动机理想空载转速n0 不变，但机械特 性的斜率 增大，特性曲线倾斜度增 加，且串入电阻越大，曲线越倾斜, 如图6-5所示。

图6-5 改变电枢电阻的人为机械

e

⒉他励直流电动机启动条件

直流电动机拖动负载顺利起动的条件是：

1) 起动电流限制在一定范围内，即Ist ≤ IN，λ为电机的过载倍数；

2) 足够大的起动转矩，Tst ≥（1.1～1.2）TN ；

3) 起动设备简单、可靠。

由Ist =UN/Ra可知，限制起动电流的措施有两个：一是增加电枢回路电阻，二是降低电源电压，即直流电动机的起动方法有电枢串电阻和降压两种。

⒊他励直流电动机启动方法

⑴ 直接起动

直接起动是指接通励磁电源后，将电动机的电枢直接投入额定电压的电源上起动。直接起动又称为全压起动。由于起动瞬间，转速等于零，电枢绕组的感应电动

Ea Cen 0

则起动电流为

Ist

UN EaUN

RaRa

由于电枢绕组的电阻Ra很小，所以起动电流很大，可达到额定电流的十几倍。该电流对电网的冲击很大。因而，除了小容量电机可采用直接起动外，对大中、容量的电动机不能直接起动。

⑵ 降压起动

当直流电源电压可调时，可以采用降压方法起动。在起动瞬间，电动机的转速n = 0，反电动势Ea = 0，降低电源电压U，将起动电流限制在允许的范围内。

⑶ 电枢回路串电阻起动

在额定电源电压下，电枢回路串入分级起动电阻Rst，在起动过程中将起动电阻逐步切除。 图6-6a为他励直流电动

机三级起动时的电气原理图。

n

n st2

a )

2 L

b)

st2 + R st3

st e

- 6 他励直流电动机串电阻起动 图6

a ) 原理图 b ) 机械特性

三．设计内容

由直流电动机铭牌知数据：PN=22KW , IN=116.3A ,UN=220V , nN=1500r/min

1)选择启动电流和切换电流

I1=(2.0～2.5)IN=(2.0～2.5) ×116.3A=(232.6-290.7)A I2=(1.1～1.2)IN=(1.1～1.2) ×116.3A=(127.9-139.5)A 取 I1=2.2IN=2.2×116.3A=256A I2 =1.2IN=1.2×116.3A=139A 2)求出起切电流比 I1

==1.84

I2

3)求出启动时电枢电路的总电阻Ram UN

Ram==0.8594

I1

4)求出启动级数m 取m=3

5)重新计算，校验切换电流或校验切换转矩

=I1UN

=1.86 ，I2= =137.6A，I2在规定范围之内 I1Ra

UN INRa

由nN CΦ 得CeΦ=0.136

e

则 T1=9.55CeΦI1=9.55×0.136×256=322.49 N·m

TL=9.55CeΦIN=9.55×0.136×116.3=151.05N·m

TT1

2 = =173.38 N·m

又T2=(1.1~1.2)TL=(166.16~181.26) N·m 故T2在范围之内。 6)求出各级总电阻

设对应转速n1、n2、n3、时电势分别为Ea1、Ea2、b点 R3I2=UN-Ea1 c点 R2I1=UN-Ea1 d点 R2I2=UN-Ea2 e点 R1I1=UN-Ea2 f点 R1I2=UN-Ea3 g点 RaI1=UN-Ea3

求得R= RUN

3am=I1=0.8594

R2=0.4666 R1=0.2533

Ra= 0.1375

比较以上各式得： RR3 R2 R1 I1

β =1.84

7)求出各级启动电阻

2R1RaI2

输入功率 P1= UN×IN=220×116.3W=25586W 总损耗 ΔP=P1-PN=25586-22000W=3586W

R1UNIN PN 103电枢回路电阻a= 2I2

=0.1326 N

Ea3，则有：

Rst1=(β-1)Ra =0.1141 Rst2=(β-1) βRa=βRst1=0.2121 Rst3=(β-1) β2Ra=β2Rst3=0.3493

8)设计控制直流电机串电阻启动的控制电路原理图

四、结论

⒈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，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。

⒉励直流电动机串电阻启动计算方法 ①选择启动电流和切换电流

启动电流为I1=(2.0～2.5)I …… 此处隐藏：2377字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……