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棋牌他励直流电动机课程设计

  指导教师评定成绩:审定成绩: 课程设计报告 设计题目:他励直流电动机 学校:重庆邮电大学移通学院 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导教师: 一、设计题目 一台4 级直流电动机,已知数据为:额定功率PN 220V,nN 1500r/min,Ra=0.29Ω,La=0.012H,a=2,匝数为398, 励磁电压:Uf =220 La= 120H,最大电流为启动电流的2 倍。忽略铁耗。 1.若维持转轴上的负载为额定转矩,使电机串电阻启动,计算电阻和其它参数,做出机械特性图, 2.分析能量的传递。用Matlab 中的SIMULINK 设计调速仿真模型 (其余仿真参数可自行设定),并仿真串励、并励的不同区别。 3.对比直接启动和串电阻启动的区别 (psi=0.0103;Cpsi=0.0013;) 目录 一、设计题目................................................. 10三、设备的工作特性 ...........................................10 1、转动率特性 102、转矩特性 113、电流特性 114、效率特性 115、功率因数特性 11四、课程设计所用的基本知识 ....................................12 1、串电阻启动 122、直接启动 143、铭牌 17五、参数计算、电路设计........................................17 1.他励直流电动机空载测试 172.负载特性及能量传递分析 193、调速前后对比 20六、心得体会.................................................24 七、参考文献.................................................25 他励直流电动机的工作特性 他励直流电动机的转速n 随转矩T 而变化的特性【n=f(T)】称为 机械特性。它是选用电动机的一个重要依据。各类电动机都因有自己 的机械特性而适用于不同的场合。调速从直流电动机的电枢回路看, 电源电压 与电动机的反电动势Ed 和电枢电流 Id 在电枢回路电阻 Rd 上的电压降必须平衡。即U=Ed+IdRd,反电动势又与电动机的转速 有关。即z4 系列直流电动机Ed=Cφ 为常数。由此可得式中n0为空载转速,k /C2。以上是未考虑铁心饱和等因素时的理想关系,但对实际直流电动机的分析也有指导意义。 直流电动机有3 种调速方法:调节励磁电流、调节电枢端电压和 调节串入电枢回路的电阻。调节电枢回路串联电阻的办法比较简便, 但能耗较大;且在轻负载时,由于负载电流小,串联电阻上电压降小, 故转速调节很不灵敏。调节电枢端电压并适当调节励磁电流,可以使 直流电动机在宽范围内平滑地调速。端电压加大使转速升高,励磁电 流加大使转速降低,二者配合得当,可使电机在不同转速下运行。棋牌调 速中应注意高速运行时,换向条件恶化,低速运行时冷却条件变坏, 从而限制了电动机的功率。接近恒功率特性,低速时转矩大,故广泛 用于电动车辆牵引,在电车中常用两台或两台以上既有串励又有并励 的复励直流电动机共同驱动。利用串、并联改接的方法使电机端电压 成倍地变化(串联时电动机端电压只有并联时的一半),从而可经济 地获得更大范围的调速和减少起动时的电能消耗。 课程设计的意义 现代社会中,电能是使用最广泛的一种能源,在电能的生产,输 送和使用等方面,作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。电机在 国家经济建设,节约能源、环保和人民生活中起着十分重要的作用。 由于他励直流电动机电动机具有体积小,重量轻,运行可靠,结构坚 固耐用,外形美观等特点,具有较高的效率,有良好的节能效果,而 且噪音低,寿命长,经久耐用。有很多规格,能满足国民经济各部门 的不同需要。所以研究他励直流电动机电动机意义重大。当代大学生 应该运用所学知识和技巧来解决实际问题,培养学生的动手能力。 一、课程设计任务 一台4 级直流电动机,已知数据为:额定功率PN 220V,nN 1500r/min,Ra=0.29Ω,La=0.012H,a=2,匝数为398, 励磁电压:Uf =220 La= 120H,最大电流为启动电流的2 倍。忽略铁耗。 1.若维持转轴上的负载为额定转矩,使电机串电阻启动,计算电阻和其它参数,做出机械特性图, 2.分析能量的传递。用Matlab 中的SIMULINK 设计调速仿真模型 (其余仿真参数可自行设定),并仿真串励、并励的不同区别。 3.对比直接启动和串电阻启动的区别 (psi=0.0103;Cpsi=0.0013;) 二、设备的介绍 1.设备的名称 他励直流电动机 2.设备的基本结构 他励直流电动机结构图1—轴承;2—前端盖;3—转轴;4—接线—机座;10—后端盖;11 —风罩;12—风扇 而其分解图如下图所示: 他励直流电动机内部分截图3.交流电机定子结构 定子铁芯:是电机磁路的一部分,定子铁芯内圆上均匀开有槽,安放 定子绕组。 定子铁心机座:是用作固定与支撑定子铁芯。 定子绕组:是电机电路部分,它由三个在空间相差 120电角度、结 构相同的绕组连接而成,按一定规律嵌放在定子槽中。 定子绕组绕组分类:单层绕组和双层绕组。绕组应用:单层绕组一般用在10kW 以下的电机,双层短距绕组用在较大容量的电机中。 4.转子结构 转子铁芯:一般用0.5mm 的硅钢片叠压而成,它是磁路的一部分。 转子绕组:是用作产生感应电势、并产生电磁转矩它分鼠笼式和绕线 式两种。 气隙:中、小容量的电动机气隙一般在0.2~1.5mm 范围。 转子结构图5.设备的工作原理 电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定 律和电磁力定律等基础上的。如右图 励直流电动机转动的原理图(途中只显示出两根导条),当电磁沿顺时针方向旋转,磁极 的磁力线切割转子导条,导条中就感应出电 动势。电动势的方向由右手定则来确定。因 为运动是相对的,假如磁极不对,转子导条 沿逆时针方向旋转,则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的 作用下,闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作 用,而使转子导条受到电磁力 F,电磁力的方向可用左手定则确定, 由电磁力进而产生电磁转矩,转子就转动起来。异步电动机的工作原 理用箭头式子可以简单的表示如下: 定子绕组通入三相交流电流产生旋转磁场切割转子绕组转子 绕组产生感应电势转子中产生感应电流转子电流与磁场作用 产生电磁转矩运行。 6.电路原理图 电路原理图三、设备的工作特性 他励直流电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下,电动 机的主要物理量转差率,转矩电流,效率,功率因数等随输出功率变 化的关系曲线、转动率特性 通常把同步转速n1和电动机转子转速n 二者之差与同步转速n1 的比值叫做转差率,用s 表示。关于转差率的定义如下:当电机的定 子绕组接电源时,站在定子边看,如果气隙旋转磁通密度与转子的转 向一致,则转差率s 都理解为转速的绝对值s是一个没有单位的数,它的大 小能反映电动机转子的转速。随着负载功率的增加,转子电流增大, 故转差率随输出功率增大而增大。 2、转矩特性 他励直流电动机的输出转矩:转速的变换范围很小,从空载到满 载,转速略有下降,转矩曲线为一个上翘的曲线、电流特性 空载时电流很小,随着负载电流增大,电机的输入电流增大。 4、效率特性 其中铜耗随着负载的变化而变化(与负载电流的平方正比);铁耗 和机械损耗近异步电动机似不变;效率曲线有最大值,可变损耗等于 不变损耗是,电机大道最大效率。额定效率载64-94%之间;最大效率 发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。 5、功率因数特性 空载时,定子电流基本上用来产生主磁通,有功功率很小,功率 因数也很低;随着负载电流增大,输入电流中的有功分量也增大,功 率因数逐渐升高;在额定功率附近,功率因数达到最大值。如果附在 继续增大,则导致转子漏电抗增大(漏电抗与频率正比),从而引起功率因数下降。 四、课程设计所用的基本知识 1、串电阻启动 为减少起动电流,可以在电动机起动时在定子回路中串入电阻器,起 动结束后,再将电阻短接。串电阻启动方式的优点的设备简单、造价 低;缺点是能量损耗较大。 电动机定子串电阻电路原理图控制过程如下:1、合上电源刀闸QS,线 和时间继电器KT 的线圈同时得 电吸合,KM1 的主触点闭合,电动机定子串电阻R 降压起动。接触 KM1的辅助常开接点闭合电路实现自锁。时间继电器 KT 的线圈 得电后,开始延时。 3、时间继电器延时的时间到,时间继电器的延时闭合的常开接点闭 合,接触器 KM2 线 的主触点闭合,将电阻器 短接,电动机在全压下运行,KM2的辅助常开接点闭合实现电路自 锁,同时 KM2 的辅助常闭接点断开,切除接触器 KM1 和时间继电 器KT 线 和KT 失电复位。 4、电动机过电流保护由热继电器FR 完成。 电动机定子串电阻接线、直接启动 直接启动的优点是所需设备少,启动方式简单,成本低。电动机 直接启动的电流是正常运行的5 倍左右,理论上来说,只要向电动机 提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的5 倍以上的,都可以 直接启动。这一要求对于小容量的电动机容易实现,所以小容量的电 动机绝大部分都是直接启动的,不需要降压启动。对于大容量的电动 机来说,一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接 启动的条件,另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机,影响电动 机的使用寿命,对电网不利,所以大容量的电动机和不能直接启动的 电动机都要采用降压启动。 直接启动可以用胶木开关、铁壳开关、空气开关(断路器)等 实现电动机的近距离操作、点动控制,速度控制、正反转控制等,也 可以用限位开关、交流接触器、时间继电器等实现电动机的远距离操 作、点动控制、速度控制、正反转控制、自动控制等。由于刚启动的 时候转差率为1,也就是转子处于堵转状态,这时候由于转差率太大, 也就是说转子导条和定子磁场的相对速度很高,这时候就会在转子导 条的两端产生一个比较高的感应电压,由于转子导条处于短路状态, 所以肯定会产生一个很大的启动电流,如果结合变压器来考虑的话, 那么电动机转子就相当于变压器的负载侧,负载侧短路就相当于原边 短路,所以转子的电流变化势必会表现在定子上面,这就会造成定子 绕组输入电流达到额定电流的4 倍,一旦转子转动起来以后,转差率变小,感应到转子上面的电压也会降低,这样转子电流就会降低, 转子电流的变化同样也会表现在定子绕组上,这样等电动机启动结束 以后其实感应到转子上的电压是比较低的,由于感应到转子的电压比 较低,这样转子上面的电流也不会太大,相应的定子上面的电流也就 不会太大,一旦加载以后,转差率的改变就会改变转子以及定子的电 流,使用自偶变压器降压启动:采用自耦变压器降压启动,电动机的 启动电流及启动转矩与其端电压的平方成比例降低,相同的启动电流 的情况下能获得较大的启动转。如启动电压降至额定电压的 65%, 其启动电流为全压启动电流的42%,启动转矩为全压启动转矩的42%。 自耦变压器降压启动的优点是可以直接人工操作控制,也可以用交流 接触器自动控制,经久耐用,维护成本低,适合所有的空载、轻载启 动异步电动机使用,在生产实践中得到广泛应用。缺点是人工操作要 配置比较贵的自偶变压器箱(自偶补偿器箱),自动控制要配置自偶 变压器、交流接触器等启动设备和元件。 转子串电阻或频敏变阻器虽然启动性能好,可以重载启动,由 于只适合于价格昂贵、结构复杂的绕线式三相异步电动机,所以只是 在启动控制、速度控制要求高的各种升降机、输送机、行车等行业使 用。软启动器启动: 软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节 能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,国外称为 Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联 闸管交流调压器。运用不同的方法,改变晶闸管的触发角,就可调节 晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中,软起动器的输出是 一个平滑的升压过程,直到晶闸管全导通,电机在额定电压下工作 软启动器的优点是降低电压启动,启动电流小,适合所有的空载、轻 载异步电动机使用。缺点是启动转矩小,不适用于重载启动的大型电 机。变频器启动:通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压 或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。该设备首先要把三相或 单相交流电变换为直流电(DC)。然后再把直流电(DC)变换为三相 或单相交流电(AC)。变频器同时改变输出频率与电压,也就是改变 了电机运行曲线,使电机运行曲线平行下移。因此变频器可 以使电机以较小的启动电流,获得较大的启动转矩,即变频器可以启 动重载负荷。 变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能,价格贵但性能良好, 内部复杂但使用简单,所以不只是用于启动电动机,而是广泛的应用 到各个领域,各种功率、各种用途等都有应用。变频器可以改变初始 输出频率,比如从0Hz 开始输出频率,逐渐提升至150Hz,从而使启 动电流减小,但是变频电机无法重载启动. 他励直流电动机直接启动连接图3、铭牌 额定功率PN 220V,nN 1500r/min,Ra=0.29 ,La=0.012H,a=2,匝数为398,铭牌如下:五、参数计算、电路设计 1.他励直流电动机空载测试 实物接线)若维持转轴上的负载为额定转矩,使电机串电阻启动,各个参数 记录如下: (mA)(mA) (mA) 260249 258 255.7 104.7 103.7 103.1 103.8 1.5 20.3 10.9 250240 250 246.7 102.1 101.6 100.2 101.3 1.1 19.5 10.3 240232 240 237.3 97.6 100.5 99.3 99.1 0.5 18.5 9.5 230222 230 227.3 96.6 99 98.7 98.1 0.3 17.9 9.1 220220 220 220.0 97.4 98 97.6 97.7 0.3 17.7 9.0 210203 210 207.7 94.7 95 94.2 94.6 -1.3 16 7.4 200193 200 197.7 93.8 94.5 93.9 94.1 -1.9 15.5 6.8 190183 189 187.3 92.8 93.8 93.3 93.3 -2.3 14.7 6.2 (UVAB (VWBC (UWCA 2.负载特性及能量传递分析:能耗制动是通过磁----电----磁的电磁感应来完成的,当电机的 转子在惯性力作用下将自己感应的电流又转化为磁,在定子中产生一 个相反的磁场,就像两块极性相反的磁铁,在同心圆内产生了反制动 力,就起到了制动作用. 保持U =220V不变,再增加到2 倍额定电流。逐渐减小负载直 至空载,在这范围内读取异步电动机的定子电流、输入功率、转速、 直流电机的负载电流。测得8 组数据如下: 做工作特性曲线、调速前后对比由负载实验数据计算工作特性,填入下表: 电动机输入电动机输出 计算值 0.17559.4 0.35 1114 40.94 25.7% 68.9% 0.51 0.15046.4 0.27 1174 33.28 21.7% 71.7% 0.47 0.12339.6 0.22 1270 29.34 15.3% 74.1% 0.49 0.11037.8 0.20 1308 27.47 12.8% 72.7% 0.52 0.10336.8 0.19 1332 26.57 11.2% 72.2% 0.54 0.09235.8 0.18 1365 25.80 9.0% 72.1% 0.59 0.08335.6 0.18 1399 26.44 6.7% 74.3% 0.65 0.08035.3 0.18 1410 26.65 6.0% 75.5% 0.67 由表中数据作工作特性曲线: 、S、cos分别如下: 电机参数设置如下: 仿真结果如下: 六、心得体会 通过一周的课程设计,不仅检验了我个人所学习的专业知识, 也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一 件事情。在整个设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互探讨, 相互学习,相互监督。学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容, 学会了理解,也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,是我们迈向社会, 从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”,通过这次 课程设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进 行课程设计,学会脚踏实地迈开每一步,就是为明天能稳健地在社会 大潮中奔跑打下坚实的基础。与此同时,让我对这门学科基础与实践 相结合的相互引用,随着社会的不断发展,我们将对这门课的要求和 功能越来越高,并且会更加完善,它以后得发展前景无可限量。 在此感谢我们的老师,严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习中的 榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这 次设计的每个设计细节和思路,都离不开老师您的细心指导。而您开 朗的个性和宽容的态度,帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。 由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师多 多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正,本人将万分感谢。 七、参考文献

时间:2020-09-02 07:45