1、課程設計名稱： 電機與拖動課程設計 題 目：他勵直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計 專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級： 姓 名： 學 號： 課 程 設 計 任 務 書一、設計題目他勵直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計二、設計任務實現(xiàn)直流他勵電動機M（其額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=1.2A,額定轉速nN=1600r/min,額定勵磁電流IfN0.16A）的平穩(wěn)調(diào)速三、設計計劃電子技術課程設計共1周。第1天：選題，查資料；第2天：方案分析比較，確定設計方案；第34天：通過實驗驗證設計方案；第5天：編寫整理設計說明書。四、設計要求設計工作量為按要求完成設計說明書一份；設計必須根據(jù)進度計劃按

2、期完成；設計說明書必須經(jīng)指導教師審查簽字。指導教師： 教研室主任： 時 間： 年 月 日XXXXXX大學課程設計成績評定表學 期 姓 名 專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級 課程名稱電機與拖動論文題目他勵直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師時 間年 月 日備 注摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，電動機的需求會越來越大，電動機的應用越來越廣泛，電動機的操作系統(tǒng)是一個非常龐大而復雜的系統(tǒng)，它不僅為現(xiàn)代化工業(yè)、家庭生活和辦公自動化等一系列應用提供基本操作平臺，而且能提供多種應用服務，

3、使人們的生活質(zhì)量有了大幅度的提高，擺脫了人力勞作的模式。而電動機主要應用于工業(yè)生產(chǎn)的自動化操作中是電動機的主要應用之一，因此本課程設計課題將主要以在工業(yè)中電動機調(diào)速方法的應用過程可能用到的各種技術及實施方案為設計方向，為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實踐指導。關鍵詞：直流電動機；調(diào)速；設計目錄引言11設計的目的和意義22總體設計方案32.1他勵直流電動機的起動32.1.1起動特性32.1.2電樞回路串電阻起動32.1.3減壓起動32. 2調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速32.2.1調(diào)速特性32.2.2調(diào)節(jié)串入回路電阻調(diào)速32.2.3 調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)速43調(diào)速性能指標53.1調(diào)節(jié)范圍與靜差率53.2調(diào)速的平滑性53.3

4、調(diào)速的經(jīng)濟性54 設計過程64.1實驗設備64.2設備屏上排列順序64.3設計原理圖64.4調(diào)速步驟74.4.1選擇儀器74.4.2他勵直流電動機的起動準備74.4.3他勵直流電動機起動步驟75 結論96設計心得10參考文獻11引言直流電動機分為有換向器和無換向器兩大類。直流電動機調(diào)速系統(tǒng)最早采用恒定直流電壓給直流電動機供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡單易行、設備制造方便、價格低廉；但缺點是效率低、機械特性軟，不能得到較寬和平滑的調(diào)速性能。該法只適用在一些小功率且調(diào)速范圍要求不大的場合。30年代末期，發(fā)電機-電動機系統(tǒng)的出現(xiàn)才使調(diào)速性能優(yōu)異的直流電動機得到廣泛應用。這種控制

5、方法可獲得較寬的調(diào)速范圍、較小的轉速變化率和平滑的調(diào)速性能。但此方法的主要缺點是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。近年來，隨著電力電子技術的迅速發(fā)展，由晶閘管變流器供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)，它的調(diào)速性能也遠遠地超過了發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)。特別是大規(guī)模集成電路技術以及計算機技術的飛速發(fā)展，使直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。電力電子技術中IGBT等大功率器件的發(fā)展正在取代晶閘管，出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng)。電動機所驅(qū)動的負載，有時候要求從高轉速迅速降為低轉速，甚至停轉、反轉，需要對電動機采取措施以保證負載的要求，這種措施稱為電動機的調(diào)

6、速。調(diào)速的原理是在電動機轉子上增加或減小力矩，具體有三種方法，改變電樞電阻調(diào)速、改變電樞電壓調(diào)速、改變勵磁電流調(diào)速。 1 設計的目的和意義通過本次的課程設計更進一步的掌握和了解異步電動機的調(diào)速方法。這次課程設計可以使我們在學校學的理論知識用到實踐中，使我們在學習中起到主導地位，是我們在實踐中掌握相關知識，能夠培養(yǎng)我們的職業(yè)技能，課程設計是以任務引領，以工作過程為導向，以活動為載體，給我們提供了一個真實的過程，通過設計和運行，反復調(diào)試、訓練、便于我們掌握規(guī)范系統(tǒng)的電機方面的知識，同時也提高了我們的動手能力。2 總體設計方案2.1 他勵直流電動機的起動2.1.1 起動特性直流電動機接通電源以后，電

7、動機的轉速從零達到穩(wěn)態(tài)轉速的過程稱為起動過程。對于電動機來講，我們總希望它的起動轉矩大，起動電流小，起動設備簡單、經(jīng)濟、可靠。直流電動機開始起動時，轉速n=0，此時直流電動機的反電動勢(E=Ken)還沒有建立起來，由于電樞電阻Ra較小，Ia=URa，所以此時電樞電流最大。另外，根據(jù)轉矩公式T=KTI可知，由于電樞電流非常大，此時的起動轉矩也非常大。這樣大的起動電流和起動轉矩，分別將對供電電源和機械裝置形成強大的沖擊。通常采用保證足夠的起動轉矩下盡量減少起動電流的辦法，使電動機起動。2.1.2 電樞回路串電阻起動為了限制起動電流，起動時可在電樞回路串入起動電阻Rst,待電動機轉速上升后逐步將起動

8、電阻切除。接入起動電阻后的起動電流為2.1.3 減壓起動減壓起動時，開始加在電動機電樞的端電壓很低，隨著轉速的上升，逐步增大電樞電壓，并使電樞電流限制在一定的范圍內(nèi)。為使勵磁不受電樞電壓的影響，電動機應采用他勵方式。他勵直流電動機的調(diào)速同交流異步電動機相比，他勵直流電動機在調(diào)速方面有其獨到的優(yōu)點。從直流電動機的轉速特性可知，他勵直流電動機可通過三種方式對電動機的速度進行凋節(jié)。2.2 調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速2.2.1 調(diào)速特性當保持他勵直流電動機磁通為額定值和電樞回路電阻不變時，降低電樞電壓，可以調(diào)整電動機的轉速：由此他勵直流電動機的機械特性為2.2.2 調(diào)節(jié)串入電樞回路電阻調(diào)速在電樞回路串入電阻R，

9、從串入電阻后他勵直流電動機的機械特性可知，機械特性的斜率將隨之增大，即n0不變，改變的只是n所以它和負載特性的交點隨著R的變大而逐步下移，如圖2-1所示。圖2-1電阻調(diào)速特性曲線這種調(diào)速方法的優(yōu)點是簡單易行，缺點是接人電阻后電動機的效率降低，機械特性變軟，2.2.3 調(diào)節(jié)勵磁電流調(diào)速這種調(diào)速方法所用設備簡單調(diào)節(jié)也很方便，且效率較高。缺點是隨著電動機轉速的增高，電樞電流隨之升高，電動機的溫升升高，換向條件變壞，轉速過高，還會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。3 調(diào)速的性能指標3.1 調(diào)速范圍與靜差率調(diào)速范圍是指電動機在額定負載轉矩 調(diào)速時，其最高轉速與最低轉速之比，用D表示為最高轉速受電動機的換向及機械強度限制

10、，最低轉速受生產(chǎn)機械對轉速相對穩(wěn)定性要求的限制。靜差率或轉速變換率，是指電動機由理想空載到額定負載時轉速的變化率 靜差率越小，轉速的相對穩(wěn)定性越好，負載波動時，轉速的變換也越小。 調(diào)速范圍與靜差率相互制約，采用同一種方法調(diào)速時，靜差率數(shù)值越大，則可以得到較高的調(diào)速范圍；如果靜差率一定，采用不同的調(diào)速方法，其調(diào)速范圍D不同 3.2 調(diào)速的平滑性 無級調(diào)速的平滑性最好，有級調(diào)速的平滑性用平滑系數(shù) 表示，其定義為：相鄰兩極轉速中，高一級 n 與低一級轉速 n 之比，即 3.3 調(diào)速的經(jīng)濟性 主要考慮調(diào)速設備的初投資、調(diào)速時電能的損耗、運行時的維修費用等。 調(diào)速時電能的損耗除了要考慮電動機本身的損耗外

11、，還要考慮供電電源的效率。 調(diào)速設備初投資應該考慮電動機和供電電源兩方面：專門設計的改變磁通調(diào)速的電動機成本較普通直流電機為高；降電樞電壓調(diào)速的大功率可調(diào)壓電源，成本也較高；調(diào)磁通調(diào)速一般也要專門配一可調(diào)壓電源，但容量要小，成本也低些。這樣綜合起來考慮，電樞串電阻調(diào)速設備成本最低，而改變電源電壓調(diào)速設備成本最高。4 設計過程4.1 實驗設備序號型號名稱數(shù)量1DD03導軌、測速發(fā)電機及轉速表1臺2DJ23校正直流測功機1臺3DJ15直流并勵電動機1臺4D31直流數(shù)字電壓、毫安、安培表2件5D42三相可調(diào)電阻器1件6D44可調(diào)電阻器、電容器1件7D51波形測試及開關板1件8D41三相可調(diào)電阻器1件

12、4.2 設備屏上掛件排列順序D31、D42、D41、D51、D31、D444.3 設計原理圖圖4-1直流他勵電動機接線圖4.4 調(diào)速步驟4.4.1 選擇儀器電壓量程的選擇如測量電動機兩端為220V的直流電壓，選用直流電壓表為1000V量程檔。電流量程的選擇因為直流并勵電動機的額定電流為1.2A，測量電樞電流的電表A3可選用直流電流表的5A量程檔；額定勵磁電流小于0.16A，電流表A1選用200mA量程檔。變阻器的選擇變阻器選用的原則是根據(jù)實驗中所需的阻值和流過變阻器最大的電流來確定，電樞回路R1可選用D44掛件的90與90串聯(lián)電阻,磁場回路Rf1可選用D44掛件的900與900串聯(lián)電阻。4.4

13、.2 他勵直流電動機的起動準備按原理圖接線。圖中直流他勵電動機M用DJ15，其額定功率PN=185W，額定電壓UN=220V，額定電流IN=1.2A,額定轉速nN=1600r/min,額定勵磁電流IfN0.16A。校正直流測功機MG作為測功機使用，TG為測速發(fā)電機。直流電流表選用D31。Rf1用可調(diào)電阻器D44中的900與900電阻串聯(lián)，使Rf1的阻值等于1800，作為他勵直流電動機勵磁回路串接的電阻。Rf2選用可調(diào)電阻器D42中的900與900電阻串聯(lián)，使Rf2的阻值等于1800，作為MG勵磁回路串接的電阻。R1選用可調(diào)電阻器D44中的90與90電阻串聯(lián)，使R1的阻值等于180，作為他勵直流

14、他勵電動機的起動電阻，R2選用可調(diào)電阻器D42中的900與900并聯(lián)后再與可調(diào)電阻器D41中的6個90電阻互串聯(lián)，作為MG的負載電阻。接好線后，檢查M、MG及TG之間是否用聯(lián)軸器直接聯(lián)接好。4.4.3 他勵直流電動機起動步驟檢查按原理圖的接線是否正確，電表的極性、量程選擇是否正確，電動機勵磁回路接線是否牢靠。將電動機電樞串聯(lián)起動電阻R1、測功機MG的負載電阻R2、及MG的磁場回路電阻Rf2調(diào)到阻值最大位置，M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1調(diào)到最小位置，斷開開關S，并斷開控制屏下方右邊的電樞電源開關，并將控制屏上電樞電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)至最小，作好起動準備。開啟控制屏上的電源總開關，按下其上方的“開”按鈕，

15、接通其下方左邊的勵磁電源開關，觀察M及MG的勵磁電流值，調(diào)節(jié)Rf2使If2（電流表A2）于校正值（100mA）并保持不變，再接通控制屏右下方的電樞電源開關，調(diào)節(jié)控制屏上電樞電源電壓調(diào)節(jié)旋鈕，使電動機M起動。M起動后觀察轉速表指針偏轉方向，應為正值。（若不正確，先關斷電樞電源開關，再關斷勵磁電源開關，用勵磁電源極性對調(diào)來糾正轉向，重復步驟（1）（2），使電動機M起動。）電動機M起動后，調(diào)節(jié)控制屏上電樞電源電壓為220伏。減小起動電阻R1阻值，直至短接。合上校正直流測功機MG的負載開關S，調(diào)節(jié)R2阻值，記錄電樞電流I（電流表A3）不同值時，使MG的負載電流IF（電流表A4）改變值，即直流電動機M的

16、輸出轉矩T2改變值（按不同的IF值，查對應于If2=100mA時的校正曲線T2=f(IF)，可得到M不同的輸出轉矩T2值）。調(diào)節(jié)他勵電動機的轉速分別改變電動機M電樞回路的電阻R1和勵磁回路的電阻Rf1，觀察轉速變化情況。保持勵磁回路的電阻Rf1不變，改變電樞回路的電阻R1，使其增大，測轉速n。將測得數(shù)保持電阻R1=0不變，改變勵磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rf1時，測轉速n。改變電動機的轉向?qū)㈦姌写?lián)起動變阻器R1的阻值調(diào)回到最大值，先切斷控制屏上的電樞電源開關，然后切斷控制屏上的勵磁電源開關，使他勵電動機停機。在斷電情況下，將電樞（或勵磁繞組）的兩端接線對調(diào)后，再按他勵電動機的起動步驟起動電動機，并觀察

17、電動機的轉向及轉速表指針偏轉的方向。5 結論經(jīng)過以上關于他勵直流電動機的調(diào)速內(nèi)容的課程設計，我們可以知道實現(xiàn)調(diào)速的三種不同的方法即：串電樞電阻調(diào)速，改變電樞電壓調(diào)速，改變勵磁電流的調(diào)速。在實際應用中根據(jù)不同的情況選用不同的方法，例如調(diào)速的方向哪個比較方便，平滑性，穩(wěn)定性，經(jīng)濟性等。三種調(diào)速的方法各有優(yōu)缺點，改變電樞電阻調(diào)速的缺點比較多，所以只適用于調(diào)速范圍小，調(diào)速時間不長的小容量電機中，而改變電樞電壓調(diào)速是一種性能優(yōu)越的調(diào)速方法，被廣泛的應用。改變勵磁電流的調(diào)速方法通常與改變電樞電壓同時應用于對調(diào)速要求很高的電力系統(tǒng)中，來擴大調(diào)速范圍和實現(xiàn)雙向調(diào)速。6 設計心得通過這段時間的課程設計，從無知到

18、認知，到深入了解，漸漸了我喜歡上了這個全新的專業(yè)，讓我深刻的體會到學習過程是最美的。在整個課程設計過程中，我每天都有很多新的體會。經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)，課程設計完成了，在沒有做課程設計之前覺得課程設計只是對這個學科所學知識的總結，但通過這次課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法片面。課程設計不僅是對所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的提高。通過課程設計，讓我更加明白學習是一個長期的積累過程，經(jīng)后的工作、生活中應該不段的學習，努力提高知識和綜合能力。設計過程中，我查閱了大量的有關資料，并與同學交流，學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲還是很多的。在設計中培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心。讓我充分體會到在創(chuàng)造過程中探索的艱辛和成功的喜悅。我的獨立思考能力得到了相應的提高，在設計過程中，我不僅學到了知