他励直流电动机串电阻启动的设计

课程设计名称：电机与拖动课程设计

题目：他励直流电动机串电阻启动

的设计

专业：电气工程及其自动化

班级：12-1班

姓名：岳明伟

学号：0901100225

辽宁工程技术大学

课程设计成绩评定表

P N=22KW , I N=116.3A ,U N=220V , n N=1500r/min；

他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势E a =C eΦn = 0 ,初始启动电流I s =U/R a,若直接启动,由于R a相比较很小，I st会十几倍甚至几十倍于额定电流,导致无法换向,同时也会过热,会损坏电机。

的大小可以有两种方法:降低电枢电压和电枢回路串接要降低启动电流I

st

附加电阻。本文仅以他励直流电动机的串电阻启动为主题进行详细的阐述。

在实际中，如果能够做到适当选用各级启动电阻，那么串电阻启动由于其启动设备简单、经济和可靠，同时可以做到平滑启动，因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对启动电阻的级数要求也不尽相同。

关键词：他励直流电动机；启动电流；串电阻启动；

1.设计方案的分析 (1)

2.直流电动机 (2)

2.1直流电动机的工作原理 (2)

2.2直流电动机的分类 (2)

2.3他励直流电动机的工作原理 (2)

3他励直流电动机的启动 (4)

3.1他励直流电动机串电阻启动原理分析 (4)

3.2直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (5)

4.设计总结 (8)

参考文献 (9)

辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计

1.设计方案的分析

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T

st

（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。

他励直流电动机启动时，为保证有足够大的启动转矩及启动时转速不过高，应使磁通为额定值，且励磁回路绝对不允许断路。

直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压U

N

，电枢回路不串任何电阻，此时由于n=0，E a=0，所以启动电流I st=U N/R a，由于电枢回路总电阻R a较小，所

以I

st 可以达到额定电流I

N

的十几甚至几十倍。这样大的电流也可以造成电机换

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【1】。另外，过大的启动电流使启动转矩T

st

过大，会使机械撞击，也会引起供电电网电波动，从而引起其他接于同一电网上的电气设备的正常运行【2】，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。

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【3】。他励直流电动机在电枢回路中串电阻，具有良好的启动特性、较大的启动转矩和较小的启动电流，可以满足生产机械需要的要求。

岳明伟：他励直流电动机串电阻启动

2.直流电动机

2.1直流电动机的工作原理

图1.1直流电动机的工作原理

图1.1是直流电动机的工作原理图，结构形式与直流发电机相似，不同指出在于：电枢不用原动机拖动；电刷间不接负载，而接直流电源。

电流从电源正极流入电刷A，经导体ab到cd，从电刷B流出回到电源负极。由电磁力定律可知，导体ab、cd受力大小为

ƒ=Bli

式中，i为导体中流过的电流A。

由左手定则可判断图1.1所示瞬间导体ab、cd受力方向相反，力ƒ乘以转子半径就是电磁转矩。若电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩，电枢便逆时针方向旋转起来。当电枢转过180°时，cd转到N极下，ab转到S极下，电流仍从电刷A 流入，经导体dc、ba，由电刷B流出，两根导体上受到的力仍相反，产生的电磁转矩方向不变，仍为逆时针方向。

1.2直流电动机的分类

根据励磁方式的不同，直流电机可分；他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机、复励直流电机。

1.3他励直流电机工作原理

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

辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计

励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，接线如图1.3所示。图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。永磁直流电机也可看作他励直流电机。

图1.2他励直流电机工作原理图

岳明伟：他励直流电动机串电阻启动

3.他励直流电动机的启动

3.1 他励直流电动机串电阻启动原理分析

电枢回路串电阻，启动电流为I s =U n /R a +R ，负载转矩T L 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T>T L 。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启动系统，而加速转矩的大小又必须满足一定的要求。因此他励直流电动机启动时，必须有足够大的负载转矩，而又不能使启动电流过大，是电动机能在满足要求时安全启动，但随之转速的升高，应逐级切除电阻，否则电枢回路长时间串接电阻，造成不必要的能量损耗。

下面以两级串电阻启动为例来说明启动的步骤和切除电阻的过程。下图为原理和启动过程中的机械特性变化。

n 0h e c I

T

O

T L

I L I 2T 2g m f d 32

b 1

R al αr a R a2（b ）特性图（a ）电路图图2-1 直流他励电动机分二级起动的电路和特性

串接电阻R K1和R K2启动时，电路的总电阻为R=r a +R K1+R K2，励磁电流和励磁电压，电枢电压为U ，保持不变，此时的电动机人为特性为曲线1，由于启动转矩T 1大于负载转矩T L ,电动机受到加速转矩的作用，转矩由零逐渐上升，电动机开始启动。在图2-1（b ）中，由a 点沿着曲线1上升，电枢电流下降，电动机的转矩亦随之下降，加速转矩减小。上升到b 点时，为保持一定的加速转矩，控制触点K M1闭合，将启动电阻R k1短路后，此时的电枢电路总电阻为R=ra+RK2，b 点所对应的电枢电流I 2成为切换电流，其对应的电动机的转矩T 2成为切换转矩。这时电动机对应于由电阻R a2确定的人为机械特性。在短路启动电阻R K1的瞬间，由于惯性存在电动机的转速不变，仍为n b 。因此，电枢电流突增，其相应