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1、WORD工程技术大学 电机与拖动课程设计 设 计 题 目： 他励直流电动机的启动 院（系、部）： 电气与控制工程学院 专 业 班 级：姓 名：学 号：指 导 教 师：日 期： 2013-6-24 电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期专业电气工程及其自动化班级课程名称 电机与拖动课程设计设计题目 他励直流电动机的启动 成绩 评分项目优良中及格不及格设计表现非常认真认真较认真一般不认真严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反强较强能独立设计完成基本独立设计完成不能独立设计完成提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以上设计说明书5.设计容设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理
2、清楚，容完整，结果正确设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，容较完整，极少量错误设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，容基本完整，有少量错误设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，容基本完整，有些错误设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，容不完整，有明显错误6.设计书写、字体、排版规、整洁、有条理，排版很好较规、整洁、有条理，个别排版有问题基本规、整洁、有条理，个别排版有问题基本规、整洁、有条理，排版有问题较多不规、不整洁、无条理，排版有问题很大7.封面、目录、参考文献完整较完整基本完整缺项较
3、多不完整图纸很出色较出色一般较差很差合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱符合标准较符合标准基本符合标准个别不符合标准完全不符合标准评定说明：不及格标准：设计容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计容要符合5，其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩： 评定教师签字：课程设计任务书一、设计题目直流电动机的启动二、设计任务1，了解直流电动机的结构 2，掌握直流电动机的动作原理3，掌握直流电动机的串联启动 三、设计计划电机与拖动课程设计共计1周完成
4、：1、第12天查资料,熟悉题目；2、第35天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、第6天准备答辩；4、第7天答辩。四、设计要求1、设计工作量为完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。 指 导 教师： 教研室主任： 时 间：2013年 6 月24日摘 要进一步巩固和加深“电机与拖动”课程的基础知识，综合运用“电机与拖动”课程理论及生产实际知识去分析和解决直流电动机启动的一些问题，进行电机设计的训练。通过计算和绘图，学会运用标准，规的手册，图册和查阅有关的资料等，培养电机设计的基本技能。培养独立的思维和动手能力。关键词：启动;
5、机械特性;他励;电阻目 录1 引言12 直流电动机的构造1定子部分1转子部分23 直流电动机的工作原理24 直流电动机的分类35 他励直流电动机的机械特性3固有机械特性4电枢串接电阻的人为机械特性45.3 改变电压时的人为机械特性45.4 减弱磁通时的人为机械特性56 他励直流电动机的启动5启动方法5电枢回路串电阻启动57 设计方案78 结论9参考文献11 / 1 引言直流电动机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能。他励直流电动机在启动瞬间，转速n=0，电动势E=0，由电枢电流方程式（1-1）可知
6、，启动电流如式（1-2）所示。在额定电压下直接启动时，由于Ra很小，IS很大，一般可达电枢电流额定值的1020倍。这样大的电流是换向所不允许的。同时由式（1-3）可知，启动转矩也能达到额定转矩的1020倍。虽然启动转矩大可以使电机加速快，但是过大的启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，以致损坏传动机构（如齿轮）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Ra大、转动惯量又比较小，可以直接启动外，一般的直流电动机是不允许采用直接启动的。 （1-1）（1-2）（1-3）因此，必须将启动电流限制在运行围之。由式（1-2）可以看出，方法
7、有两个：降低电枢电压Ua和增加电枢电阻Ra。2 直流电动机的构造直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。定子与转子之间有空隙.称为气隙。定子的作用是产生磁场和对电机的机械支撑，主要由机座、主磁极、换向极、端盖、电刷装置等部件组成。转子的作用是产生感应电枢感应电势或电磁转矩，主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件组成。(1) 主磁极。主磁极用来产生气隙磁场并在电枢表面外的气隙空间里产生一定形状分布的气隙磁密。主磁极由主极铁芯和励磁线圈组成，主极铁芯由11.5mm厚的低碳钢板冲成一定形状，然后叠压用铆钉铆在一起，上面套上事先绕制好的励磁线圈，整个磁极用螺钉固定在机座表面上。
8、(2) 换向极。换向极是用来改善直流电机的换向性能。换向极是由换向极铁芯和套在铁芯上的换向极绕组组成。大容量直流电机换向极铁芯由薄钢板叠成，中小容量直流电机换向极由整块钢构成，换向极绕组与电枢绕组串联，换向极装在相邻两个主磁极之间，用螺钉固定在机座上。(3) 机座。机座一方面用来固定主磁极、换向极和端盖等部件，并借助于底脚将电机固定在基础上，起机械支撑作用；另一方面它还是电机主磁路的一部分，叫定子磁轭，起导磁作用，机座一般用导磁性能较好的铸钢或厚钢片焊接而成。(4) 电刷装置。电刷装置是使固定的电刷与旋转的换向器保持滑动接触，将电枢电路与外电路接通，使电流经电刷输入电枢或从电枢输出。它由电刷、
9、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在电刷盒里，用弹簧压在换向器外表面上，同时用铜丝辫将电流自电刷引向刷握。刷握固定在刷杆上，刷杆则装在刷杆座上，并且使二者之间具有良好的绝缘。刷杆数通常与主磁极极数相同。各电刷杆在换向器外表面上沿圆周方向均匀分布。(1) 电枢铁芯电枢铁心的作用是用来嵌放电枢绕组和通过主磁通。当电枢旋转时铁心中的磁通方向会发生变化会在铁心中引起涡流和磁滞损耗。为了减少这部分损耗通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成。每冲片冲有嵌放绕组的槽和一些轴向通风孔叠压好的电枢铁心安装在转轴上。(2) 电枢绕组。电枢铁心的作用是用来嵌放电枢绕组和通过主磁通。当电枢旋转时铁心中的
10、磁通方向会发生变化会在铁心中引起涡流和磁滞损耗。为了减少这部分损耗通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成。每冲片冲有嵌放绕组的槽和一些轴向通风孔叠压好的电枢铁心安装在转轴上。(3) 换向器。电枢铁心的作用是用来嵌放电枢绕组和通过主磁通。当电枢旋转时铁心中的磁通方向会发生变化会在铁心中引起涡流和磁滞损耗。为了减少这部分损耗通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成。每冲片冲有嵌放绕组的槽和一些轴向通风孔叠压好的电枢铁心安装在转轴上。3 直流电动机的工作原理图3-1直流电动机的工作原理图如图（1）所示，电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的转轴与机械负载相连，这时便有电
11、流从电源的正极流出，经电刷A流入电枢绕组，然后经电刷B流回电源的负极。在图（a）所示位置,在N级下面导线电流是由a到b,根据左手定则可知导线ab受力的方向向左,而导线cd受力的方向是向右的。当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于磁阻转矩时,电动机逆时针旋转。当线圈转过180度时,这时导线的电流方向已改变为由d到c和b到a,因此电磁转矩的方向仍然是逆时针的。这样，就使得电机一直旋转下去。4 直流电动机的分类按励磁方式的不同，直流电机可以分为他励、并励、串励和复励电机四种。图4-1直流电机按励磁方式的分类 5 他励直流电动机的机械特性在他励电动机中，,保持不变时，电动机的转速n与电磁转矩T之间的关
12、系称为他励电动机的机械特性。根据公式： （5-1）（5-2）（5-3）可得，他励电动机的转速与转矩之间有如下关系（5-4）当U、R、为常数时，为一条向下倾斜的直线，如图3所示。图5-1 他励电动机的固有特性其中 （5-5）称为理想空载转速（5-6）称为机械特倾性的斜率，大小反映软特性与硬特性（5-7）称为负载时的转速降由于电枢电路电阻Ra很小,所以机械特性的斜率很小,硬度很大,固有特性为硬特性、电枢回路不串电阻时的机械特性。其方程式（5-8）由于较小，特性的斜率小，所以他励直流电动机的固有机械特性是一条稍稍向下倾斜的直线，如图25所示，称为硬特性，其额定转速变化率（5-9）一般为10%左右。在
13、他励直流电动机的电枢电路中串入附加电阻R,这时U=Un,=n,R=Ra+R机械特性方程为 （5-10）由于电动机的电压和磁通保持不变，所以电动机空载转速不变。转速降与斜率则与电枢电路总电阻成正比，这说明电动机的机械特性随串联电阻增大而变软。机械特性是一组通过理想空载点的直线簇。这种特性可以用。5.3 改变电压时的人为机械特性，改变电压时的机械特性方程式为（5-11）特性的斜率不变，与U成正比变化。5.4 减弱磁通时的人为机械特性 （5-12）来改善启动性能。6 他励直流电动机的启动要正确使用电动机，首先碰到的问题是怎么使它启动？所谓直流电动机的启动，是指直流电动机接通电源后，转速由n=0升到稳
14、定转速nl的全过程。要使电动机的启动过程合理，要考虑的问题包括：启动电流Ist的大小；启动转矩Tst的大小；启动时间的长短；启动过程是否平滑，即加速度是否均匀；启动过程的能量损耗；启动设备的简单可靠。其中，启动电流和启动转矩是主要的。直流电动机的启动包括直接启动、降压启动和电枢回路串电阻启动。电枢回路串接电阻，启动电流为Is=Un/Ra+R,负载转矩TL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TTL。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使系统启动，而加速转矩的大小又必须满足生产工艺对加速度的要求。因此他励直流电动机启动时，必须有足够大的负载转矩，又不使启动电流过大，使电动机在满足生产工艺要求的前提下安全启动，但随着转速的升高，应逐级切除电阻，否则电枢回路长期串接较大电阻，将引起较大的能量损耗。额定功率较小的电动机可采用在电枢电路串联起动变阻器的方法起动。起动前先把起动变阻器调到最大值，
