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1、设计内容一、直流电动机的工作原理图1直流电动机的工作原理图如图（1）所示，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（a）所示位置,在N级下面导线电流是由a到b,根据左手定则可知导线ab受力的方向向左,而导线cd受力的方向是向右的。当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于磁阻转矩时,电动机逆时针旋转。当线圈转过180度时,这时导线的电流方向已改变为由d到c和b到a,因此电磁转矩的方向仍然是逆时针的。这样，就使得电机一直旋转下去。二、直流电动机的分类按励磁方式的不同，直流电机可以分为他励、并励、串励
2、和复励电机四种。 图2直流电机按励磁方式的分类 三他励直流电动机的机械特性在他励电动机中，,保持不变时，电动机的转速n与电磁转矩T之间的关系称为他励电动机的机械特性。根据公式： 可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系 当U、R、为常数时，为一条向下倾斜的直线，如图3所示。图3 他励电动机的固有特性其中 称为理想空载转速 称为机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性 称为负载时的转速降由于电枢电路电阻Ra很小,所以机械特性的斜率很小,硬度很大,固有特性为硬特性1、固有机械特性、电枢回路不串电阻时的机械特性。其方程式 由于较小，特性的斜率小，所以他励直流电动机的固有机械特性是一条稍稍向下倾斜的
3、直线，如图25所示，称为硬特性，其额定转速变化率 一般为10%左右。2、电枢串接电阻的人为机械特性在他励直流电动机的电枢电路中串入附加电阻R,这时U=Un,=n,R=Ra+R机械特性方程为由于电动机的电压和磁通保持不变，所以电动机空载转速不变。转速降与斜率则与电枢电路总电阻成正比，这说明电动机的机械特性随串联电阻增大而变软。机械特性是一组通过理想空载点的直线簇。这种特性可以用。3、改变电压时的人为机械特性，改变电压时的机械特性方程式为特性的斜率不变，与U成正比变化。4、减弱磁通时的人为机械特性 来改善启动性能。 四、他励直流电动机的启动要正确使用电动机，首先碰到的问题是怎么使它启动？所谓直流电
4、动机的启动，是指直流电动机接通电源后，转速由n=0升到稳定转速nl的全过程。要使电动机的启动过程合理，要考虑的问题包括：启动电流Ist的大小；启动转矩Tst的大小；启动时间的长短；启动过程是否平滑，即加速度是否均匀；启动过程的能量损耗；启动设备的简单可靠。其中，启动电流和启动转矩是主要的。1、启动方法直流电动机的启动包括直接启动、降压启动和电枢回路串电阻启动。2、电枢回路串电阻启动电枢回路串接电阻，启动电流为Is=Un/Ra+R,负载转矩TL可知,启动过程中要求电动机的电磁转矩必须大于负载转矩,即TTL。根据要求，可确定串接电阻R的大小，这样有了加速转矩后才能使系统启动，而加速转矩的大小又必须
5、满足生产工艺对加速度的要求。因此他励直流电动机启动时，必须有足够大的负载转矩，又不使启动电流过大，使电动机在满足生产工艺要求的前提下安全启动，但随着转速的升高，应逐级切除电阻，否则电枢回路长期串接较大电阻，将引起较大的能量损耗。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，保持励磁电流为额定值不变。再接通电枢电源，电机开始起动。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。额定功率较大的电动机一般采用分级起动的方法以保证起动过程中既有比较大的起动转矩，有使起动电流不会超过允许值。现以两级起动为例来说明起动步骤和起动过程。
6、原理电路和机械特性如下图所示 电路图 特性图图4 他励电动机电枢串电阻分级起动（1）起动过程 起动步骤如下：串联起动电阻，加上电枢电路自身电阻，电枢电路的总电阻为 =+加上励磁电压，保持励磁电流为额定值不变，然后加上电枢电压，这时电动机的机械特性如图中的人为特性a。由于起动转矩远大于负载转矩TL 电动机拖动生产机械特性a由a1向a2点移动。切除起动电阻 切除起动电阻当工作点到达点，即电磁转矩（2）他励直流电动机起动电阻的计算以图2-10为例，取或，,一般要经过多次调整，才能绘出图210b所示特性图，由此图可以推导得计算分级电阻数值的公式。nb=nc,，故有Eb=Ec, 在b点： 在C点 ： 两
7、式相除，考虑，得：同样,由D点和E点，可得：故有两级起动时：推广到m级：设，称为起动电流比（起动转矩比），则得各级电枢电路总电阻的计算公式： 可见 如果给定，需求，则 如需求分段电阻值，有前面公式可得 计算分级起动电阻，有两种情况：1. 起动级数m未定： 初选求m，整成整数m计算值计算各级电阻或分段电阻。2. 起动级数m已定，选定计算值计算各级电阻或分段电阻。结论一、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 对应的启动转矩对应的切换转矩 对应的切换电流求出起切电流(转矩)比求出电动机的电枢电路电阻Ra在额定状态下运行时求出启动时的电枢总电阻Rm求出启动级数m重新计算,校验
8、I2是否在规定范围内若m是取相近整数,则需重新计算 再根据得出的重新求出，并校验是否在规定范围内。若不在规定范围内，需加大起动级数m,重新计算和,直到满足要求为止。求出各级总电阻求出各级起动电阻二、此次设计的计算结果：（1）选择启动电流I1和切换电流I2=(172.5230)A=200A（2）求出启动电流比=1.5（3）求出电动机的电枢电路电阻Ra（4）求出启动时的电枢总电阻Rm（5）求出启动级数mm=5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 再根据得出的重新求出，并校验是否在规定范围内。若不在规定范围内，需加大起动级数m,重新计算和,直到满足要求为止。=1.51I2
9、=130AI2在规定范围内求出各级总电阻由此可得： 求出各级起动电阻心得体会通过本次课程设计，我进一步了解了电机与拖动这门课程。电机是实现能量转换和信号转换的电磁装置。在课程设计过程，查阅大量的资料，从中我学到了更多课本中学不到的知识和技能。在这过程中我学会了一些利用protel软件制作电路图的方法，还有使用公式编辑器编辑公式等。并且这个设计使我对学过的一些知识有了总结性的认识。在熟练掌握基础课程知识的同时，进一步发挥自身的创造力，将自己对课程的理解融入到设计中。此次设计也使我们了解了课程设计的基本格式、包含内容和其他相关知识，为日后的毕业设计打下了基础。当拿到设计任务书时，谁都可能感到迷茫，
10、不知道从哪里入手，从哪里开始搜索自己认为有用的知识点。无论是在图书馆还是在网络中,其中的与该设计有相关联系的内容知识很多,我们应该事先对这些知识进行筛选,选出与我们设计命题内容最具有联系的那一部分。这也锻炼了我对资料的鉴别能力。经过对这些资料的整理、理解和消化，使我对直流电机的启动尤其是对他励直流电动机的串接电阻启动有了更深一层次的理解。直流电动机以启动转矩大、调速性能好、制动控制方便而著称，因此它在有很多缺点的情况下在工业领域内仍占有很重要的地位。以前在电机拖动实验室做他励直流电动机串接电阻实验时，尽管学习过该课程的理论，但由于知识水平的欠缺，不能很好的完成理论与实践的结合。通过整理这次课程设计的材料，使我很清楚的了解了它的内部结构、工作原理，细致的分析了电动机的运行和机械特性,更好的复习了以前的知识。不仅如此，在完成设计的过程中，还使我体会到了团队精神的重要性。最后，在此感谢各位指导教师的无私的帮助，您们的教导将使我终生受益！主要参考文献1、唐介.电机与拖动.北京:高等教育出版社.2003年2、刘启新.电机与拖动基础.北京:中国电力出版社.20053、顾绳谷.电机及拖动基础.北京:机械工业出版社.20044、汤蕴.电机学.西安:西安交通大学出版社 .1993 5、秦曾煌.电工学.北京:高等教育出版社.20046、赵明生.电器工程师.北京:机械工业出版社.2002年
