他励直流电动机降压启动与串电阻启动分析与设计毕业论文.doc
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1、 电机与拖动课程设计 设 计 题 目:他励直流电动机降压启动与串电阻启动分析与设计 院(系、部): 专 业 班 级: 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 日 期: 摘 要通过降低电枢电压或在电枢回路上串电阻,减小了直流电动机的启动电流与启动转矩,避免了电刷及换向器的烧毁与机械运动机构的损坏。分析他励直流电动机降压启动的启动原理,以及多级电压的计算方法;设计一个降电压的多级启动系统。分析他励直流电动机串多级电阻启动的启动原理,以及多级电阻的计算方法;求切除电阻时的瞬时转速和电动势;设计一个串电阻的分级启动系统。做出了机械特性图,对启动特性进行了分析。通过降低电枢电压或在电枢回路串电阻,减小了启
2、动电流与启动转矩,达到了平稳启动的目的。关键词:他励直流电动机 降压启动 串电阻启动 机械特性目 录1 他励直流电动机的启动方法12 他励电动机降压启动12.1 降压启动的原理12.2 各级启动的电压22.3 降压启动实例与机械特性33 他励直流电动机串电阻启动53.1 串电阻启动原理53.2 各级电阻的计算63.3 串电阻启动实例与机械特性74 结论10参考文献111 他励直流电动机的启动方法直流电动机接入电源后,转速从零达到稳态转速的过程,称为启动过程。直流电动机启动时有两条要求:第一,应有足够大的启动转矩Tst,以缩短启动时间,提高生产效率;第二,启动电流不能过大,一般要小于二倍的额定电
3、流。第三,启动设备要简单、经济、可靠。直接启动1时,他励直流电动机电枢加额定电压UaN,电枢回路不串任何电阻,此时由于转速n=0,电动势E=0,根据式(1)得到式(2)。显然直接启动时启动电流将达到很大的数值,将出现强烈的换向火花,造成换向困难,还可能引起过流保护装置的误动作或引起电网电压的下降,影响其他用户的正常用电;同时由(3)可知,启动转矩也很大,造成机械冲击,易使设备受损。因此,除个别容量很小的电动机外,一般直流电动机是不允许直接启动的。因此,必须将启动电流限制在运行范围之内。由式(2)可以看出,可以采用降低电枢电压Ua和串接电枢电阻Ra的方法。2 他励电动机降压启动n2.1 降压启动
4、的原理MUfIfIaUan01n02U2U1abcdUaNU2 U1 TL T2 T1 (IL) (I2) (I1) Tem ( Ia)f1(Tem)f2(Tem)UaNfN(Tem)n0n1n2nN(a)电路图 (b)机械特性图1 他励直流电动机降压启动(a)为降压启动电路图,Ua为可变直流电压源装置。(b)为降压启动的启动特性。通过降低电压,从而达到减小启动电流的目的。现进行分析: 电枢电压为U1的启动电枢回路中只存在电枢电阻Ra。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,给其一个大小为U1的直流电压。其机械特性如图1(b)中的人为特性f1(Tem)。刚启动时,电压低,启
5、动电流不大。启动转矩T1大于负载转矩TL,沿人为特性由a点向b点移动。 电枢电压由U1切换到U2工作点到达b点时,电磁转矩T等于切换转矩T2,将电枢回路电压由U1切换到U2。此时的机械特性变为f2(Tem)。切换的瞬间转速不改变,由b点平移到c点,电磁转矩T仍等于T1,电动机加速,由c点向d点移动。 电枢电压由U2切换到UaN到达n1点时,电磁转矩T等于切换转矩T1,将电枢回路电压由U2切换到UaN。此时的机械特性变为fN(Tem)。切换的瞬间转速不改变,由d点平移到n1点,电磁转矩T仍等于T1,电动机加速,由n1点经过n2点,到达nN,启动过程结束。2.2 各级启动的电压 选择启动电流I1和
6、切换电流I2为保证与启动转矩T1对应的启动电流不会超过运行的最大电枢电流Iamax,选择对应的启动转矩为保证一定的加速转矩,减小启动时间,一般选择切换转矩为若TL未知,可用TN代替。对应的切换电流T2为IL是与TL对应的稳态电枢电流。若未知,可用IaN代替。 求出起切电流(转矩)差 确定切换电压源次数m m的计算公式为式中,为m级启动时的电枢启动电压。该公式的推导过程如下:由于,故,即 由于,故,即可见若 m级启动 ,由于 ,故,即对式(10)(11)(12)求和,可得式(13)两边进行整理变得到了式(9)。若式(9)求出的m不是整数,可取相近整数。若m已知,上述步骤中除求外,其余都可省略。
7、重新计算,校验是否在规定范围内若m是取相近整数,则需重新计算。由式(13)可知计算的公式为根据重新求得的,由式(8)重新求出,并校验是否在式(7)所规定的范围之内。若不在规定范围之内,需调整或加大启动级数m,重新计算和I2,直到满足要求为止。 求出各级启动电压根据前面的分析可知,计算各级启动电压的一般公式为式中,i=1,2,m。2.3 降压启动实例与机械特性一台Z4他励直流电动机PaN=4kW,UaN=160V,IaN =33.7A, nN =990r/min,Ra=0.741。采用降低电枢电压起动时,求起动级数和各级切换时电枢回路电压大小。 启动电压计算(1) 选择和=(50.5567.4)
8、A =(37.0740.44)A取= 60 A,=38A。(2) 求出起切电流差b (3) 求出切换电压源次数m取m=7。(4) 重新计算b,校验I2 I2在规定的范围之内。(5) 求出各级切换时电枢回路电压大小 启动特性分析他励电动机的转速与转矩之间的关系,即机械特性关系式为已知,PaN=4kW,UaN=160V,IaN =33.7A, nN =990r/min,Ra=0.741。额定状态时,有可得图2 他励直流电动机降压启动机械特性图当电枢回路两端的电压不同时,他励电动机的机械特性也不同。当电枢电压分别为时,代入式(16),使用如下指令:clearUaN=160; CEFai=0.137;
9、 CTFai=1.308; Ra=0.741; U0=44.5;U1=61;U2=77.5;U3=94;U4=110.5;U5=127;U6=143.5;I1=60;I2=37.7;T=0: 1:2500;n= UaN/CEFai-Ra.*T./( CEFai*CTFai);n0= U0/CEFai-Ra.*T./( CEFai*CTFai);n1= U1/CEFai-Ra.*T./( CEFai*CTFai);n2= U2/CEFai-Ra.*T./( CEFai*CTFai);n3= U3/CEFai-Ra.*T./( CEFai*CTFai)n4= U4/CEFai-Ra.*T./( C
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