电机与拖动课程设计--他励直流电动机降压与串电阻启动分析与设计

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1、 电机与拖动电机与拖动课程设计课程设计 设 计 题 目：他励直流电动机降压与串电阻启动分 析与设计 院（系、部） ： 电气与控制工程学院 专 业 班 级： 姓 名： 学 号： 课程设计任务书课程设计任务书 一、设计题目一、设计题目 他励直流电动机降压与串电阻启动分析与设计 二、设计任务二、设计任务 一台 Z4-112/4-1 他励直流电动机，PaN=5.5kW，UaN=160V，IaN =42.5A，nN =1520r/min，Ra=0.38。 1、采用降低电枢电压起动，要使起动电流不超过额定电流的 2 倍，电枢电压至少要降低多少。做出机械特性图，对起动特性进行 分析。 2、采用分级起动，起动

2、电流最大值不超过 2IaN，试求各段电 阻值，并求切除电阻时的瞬时转速和电动势，并做出机械特性图， 对起动特性进行分析。 三、设计计划三、设计计划 电机与拖动课程设计共计 1 周内完成： 1、第 12 天查资料,熟悉题目； 2、第 35 天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书； 3、第 6 天准备答辩； 4、第 7 天答辩。 四、设计要求四、设计要求 1、设计工作量为完成设计说明书一份； 2、设计必须根据进度计划按期完成； 3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。 时 间：2013 年 6 月 26 日 摘摘 要要 通过降低电枢电压或在电枢上串联多级电阻，可以减小他励直流电动机

3、的启动电流和转矩。分析了他励直流电动机多级降压和串多级电阻的启动原 理给出了多级启动电压和多级启动电阻的计算选择方法。以一个实际他励电 动机为例进行分析，设计了该电动机电枢十四级降压和电枢串五级电阻的启 动系统， 通过 MATLAB 编程画出了该直流电动机十四级降压和串五级电阻启 动的机械特性图。 关键词：他励直流电动机 电枢降压启动 电枢串电阻启动 机械特性 MATLAB 目目 录录 1 引言 . 1 2 他励直流电动机降压启动 . 1 2.1 他励直流电动机降压启动原理 1 2.2 启动电压的计算选择 . 2 2.3 实例分析 3 3 他励电动机转子串电阻启动 . 6 3.1 他励电动机转

4、子串电阻启动原理. 6 3.2 启动电阻的计算选择 . 7 3.3 实例分析 8 4 结论 . 11 参考文献 12 1 1 引言引言 直流电动机接入电源后，从静止状态上升到稳定运行状态的过程，称为启动过程。 对直流电动机启动时有两条基本要求：第一，要有足够大的启动转矩 Tst（即转速为零 时的电磁转矩） ，使电动机在负载状态下能够顺利启动， 并且启动过程所需时间应尽量缩短； 第二，启动电流要尽量小，应限制在换向允许的最大电流以内，保证换向良好。 直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压 UN ，电枢回路不串任何电阻，此时由 于 n=0,Ea=0,所以启动电流如（1）所示 a N st R U

5、 I (1) aT ICT (2) 由于电枢回路总电阻 Ra 较小，所以 Ist 可达额定电流 IN的十几甚至几十倍。这样大的 电流可造成电机换向严重不良，产生火花，甚至正、负电刷间出现电弧，烧毁电刷及换向 器。另外，过大的启动电流使起动转矩 Tst 过大，会造成机械撞击，因此是不允许的。一 般只有微型直流电动机，由于自身电枢电阻大，转动惯量小，启动时间短，可以直接启动， 其他直流电机都不允许直接启动。 要限制启动电流 Ist 的大小，可有两种方法：降低电枢电压和在电枢回路串接附加电 阻1。 2 他励直流电动机降压启动他励直流电动机降压启动 2.1 2.1 他励直流电动机降压启动原理他励直流电

6、动机降压启动原理 降低电源电压 U 时，启动电流如（3）所示 a st R U I (3) 在负载转矩 TL已知的条件下，根据启动条件要求，可以确定电压 U 的大小.刚启动时 电压比较低，启动电流 Ist 不大，随着转速 n 的不断升高，电枢感应电势 Ea 也逐渐加大， 启动电流 Ist 变小，为保证启动过程中电磁转矩一直较大，启动电流一直较小，可以逐渐 升高电压 U，指导升至额定电压 UN，启动过程结束。在升压的过程中，电压 U 不能升的 太快，否则电流还会发生较大的冲击。现在可以利用控制系统，使电源电压连续升高，启 动过程更短、更平稳。降压启动过程的机械特性曲线如图 1 所示。 图 1 降压启动机械特性曲线 2 图 2 降压启动电路图 启动过程分析：电路图如图 2 所示。 电枢回路电压为1U的启动： 没加电源时，电枢回路中存在电枢电阻 aR。在励磁回路中加上励磁电压 Uf，保持励磁 电流 If为额定值不变，当可调直流电压源 Ui 将电压调到 U1时。