直流电动机启动的设计与仿真

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湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书

题目: 直流电动机启动的设计与仿真

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课程：电力电子课程设计

专业：电气工程及其自动化

班级：xxxxxxx

学号：xxxxxxxxx ~

学生姓名：xxx

指导教师： xxx

2015年1月1日

信息工程学院课程设计任务书

2015年1 月 1日

信息工程学院课程设计成绩评定表

摘要

直流电动机具有调速范围广、调速平稳、过载能力强以及启动和制动转矩大等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。文章研究了直流电动机串电阻起动方法，在直流电动机电枢绕组中串入电阻来降低起动电流和起动转矩。相比于电机直接起动，串入电阻起动起动电流和起动转矩显著减低，而且成本又增加不多，在实际工农业生产中有广泛的应用。

关键词：直流电动机；直接启动；串电阻启动；仿真；

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Abstract

DC motor has a wide speed range, steady speed, strong overload as well as starting and braking torque, etc., in the industrial and agricultural production has been widely used. This paper studies the series resistance of the DC motor starting method, the DC motor armature winding in series with a resistor to reduce the starting current and torque. Compared to direct start the motor, resistor in series starting current and starting torque significantly reduced, and the cost has increased much, there is a wide range of applications in the real industrial and agricultural production.

Key words:DC motor; direct start; start of series resistance; simulation. ~

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目录

1任务提出与方案论证 (7)

提出任务 (7)

方案论证 (7)

2 总体设计 (8)

系统原理框图 (8)

直流电动机串电阻启动模型仿真的建立 (8)

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直流电动机串电阻启动电阻计算机仿真结果分析 (9)

3 总结 (17)

参考文献 (18)

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1 任务提出与方案论证

提出任务

直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10～20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10～20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、电枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。

方案论证

方案一：直流电动机直接启动

直流电动机直接启动适用于额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、电枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动，但是现在工业中绝大数机械都是大功率。

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方案二：直流电动机串电阻启动

直流电动机串电阻起动方法，在直流电动机电枢绕组中串入电阻来降低起动电流和起动转矩。相比于电机直接起动，串电阻起动起动电流和起动转矩显著减低，而且成本又增加不多，在实际工农业生产中有广泛的应用。

最终选择：

经过比较本设计选择方案二直流电动机串电阻启动能更好的达到设计要求。

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2 总体设计

系统总体原理框图

直流电动机启动的设计，我们首先对电路原理进行分析，通过分析，结合具体的性能指标求出相应的参数，然后在Mat lab仿真软件中建立仿真模型，仿真模型采用交流输入电源，使用晶闸管和二极管作为整流器件，通过不断仿真、调试、不断修改参数，知道符合正确的参数要求。其系统原理框图如下图

图系统原理框图

直流电动机串电阻起动真模型仿真的建立

直流电动机串电阻起动仿真模型如图1所示，该模型在图1所示直接起动模型的基础上，在电枢回路中串联一个由三级电阻组成的启动器。在每个电阻(R1、R2、R3)上并联一个理想开关，用于切除电阻，开关受Step模块控制。(注：在Step模块对话框中设定单位阶跃信号发生时刻，即可控制开关的闭合，从而短接该电阻)。模型检测将转速n、电枢电流I等送入示波器。

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图1 直流电动机串电阻起动仿真模型

2.3直流电动机串电阻起动时电阻值计算以及仿真结果分析

为了实现直流电动机串电阻起动，对于电枢绕组串入电阻值的计算非常重要，需要计算精确，本文为了尽可能地降低起动电流和起动转矩，采用三级串电阻计算方法。具体实现步骤如下。

（1）将step模块2和3的阶跃信号发生时间设为“0”，step1设为20s，使1

R接入电枢回路，并初选R'1的阻值。

1

'R=

m ax

I

n

C

U e

N

-

-a

R

=Ω

≈

-1

0896

.0

220

220

（1）

在模型中设1

R=1'R=1，得到仿真图2形如下图所示。

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