他励直流电动机串电阻的设计

淮阴工学院

课程设计说明书

作者: 学号：

学院: 机械工程学院

专业: 机械电子工程

题目: 他励直流电动机串电阻启动的设计指导者：

绪论 (1)

1直流电动机 (2)

1.1直流电动机的工作原理 (2)

1.2直流电动机的分类 (2)

1.3直流电动机的工作原理 (2)

2他励直流电动机 (4)

2.1他励直流电动机的机械特性 (4)

2.2他励直流电动机的启动 (5)

2.21对启动的要求 (5)

2.22电枢回路串电阻启动 (5)

2.3直流电动机电枢串电阻启动设计方案 (8)

2.31分级启动主回路和控制回路以及相关电器元件 (10)

2.32启动特性曲线 (10)

3设计体会 (11)

4参考文献 (12)

绪论

直流他励电动机控制器的优点是，线路无需切换即可实现牵引与制动的转换，带载能力强，防空转性能好。但是，如果不能掌握正确的启动方法，电机还是不能正常运行的。下面，我们就要对电机的启动过程和方法做一些必要的分析。

由于启动瞬间n=0，电枢电动势0=Φ=n K E e ，而电枢电阻有很小，所以启

动电流R U

n

=st

I 将达到很大的数值。过大的启动电流，会引起电网电压的波动，影响其他用户的正常用电，并且会使电动机轴上受到很大的冲击。这种不采取任何措施就直接把电动机加上额定电压的启动办法，称为直接启动。处个别容量很小的电动机可以直接采用外，一般直流电动机不允许直接启动【1】。

在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法【2】。本文对他励直流电机进行细致的介绍，用图片与文字相结合的方式

对他励直流电机工作时过程中的变量与时间的关系进行描绘，使我们更加清楚的了解他励直流电机的工作原理。

1直流电动机

1.1直流电动机的工作原理

图1.1直流电动机的工作原理

如图1.1所示为一台最简单的两极直流发电机的模型，N、S为定子磁极，绕组线圈放置在可旋转导磁圆柱体上（称为电枢铁心），线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈首末分别连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换相片上。电枢线圈与外电路的连接是通过放置在环线片上固定不动的电刷进行

的，在此我们把正极电刷称为B

1，负极电刷称为B

2

。外电源从电刷B

1、

B

2

输入直流

电源，使电流从正电刷B

1流入，从负电刷B

2

流出，则此时N极下的线圈电流总

是由手段流向末端，S极下的线圈电流总是由末端流向首端。利用左手定则，可知N级下导体受到的电磁力的方向向左，S极下导体受到的电磁力方向向右，那么产生的电磁转矩就使得线圈逆时针旋转。由此可见，N极下和S极下的线圈受到的电磁力的方向始终不变的，它们产生转矩的方向也就不变，这个转矩使电枢始终沿一个方向旋转，就把电能变成机械能，使之成为一台直流电动机而带动生产机械工作【3】。

1.2直流电动机的分类

直流电机的励磁电流都是由外电源供给的，立此方式不同会使直流电动机的运行性能产生很大差异。按照励磁方式的不同，直流电动机可以分为：他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机、复励直流电动机。

1.3他励直流电动机的工作原理

图1.2他励直流电动机接线图

上图1.2是他励直流电动机的电路接线图，其中M为电机，若为发电机，则用G

表示。R

f 是励磁调节电阻，R

a

是电枢电阻，I

a

是电枢电流，E为电动机的电动势。

他励直流电机的励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，永磁直流电机也可看作他励直流电机【4】。

2他励直流电动机

2.1他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢总电阻为恒指的条件下，电动机转速n 与电磁转矩T e 的关系曲线n=f(T e )或电动机转速n 与电枢电流I a 的关系曲线n=f(I a ），后者也就是转速调整特性。

电枢回路的电压平衡方程式为：

R I E U a +=（I ）

式中，U 为电源电压；E 为电动机的反电动势；I a 为电枢电流；R 为电枢回路总电阻。

直流电动机电枢回路反电动势E 为：

n Φ=e K E （II ）

将（II ）带入（I ）中，可得转速表达式：

a

e e I K R

K U Φ-Φ=

n （III ）

电动机的电磁转矩为：

a m I K Φ=e T （IV ）

式中，Km 是与电机结构有关的常数，e

e K K 55.930K m ==π 利用电磁转矩T e 表示的机械特性方程式为：

n n T n T K K R

K U e e

m e e ∆-=-=Φ

-Φ=

002n β（V ） 从（V ）中可知：

Φ=

e K U

n 0（VI ）

n 0称为理想空载转速，表示当T e =0时电动机的转速n=n 0 电机转速降为：

e e

m e T T K K R

n β=Φ=

∆2（VII ）

n ∆的本质是，电动机有载运行时，电枢回路电阻上的损耗以速度这一参量

表示出的结果。

机械特性曲线斜率为：

2e K R

Φ=

m K β（VIII ）

β越大，n ∆越大，机械特性就越软。通常称β小的机械特性为硬特性，β大的机械特性为软特性【5】。