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专业：电气工程及其自动化班级：12-2班姓名：闫伟学号：1205040222辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表课程设计任务书一、设计题目他励直流电动机串电阻启动的设计二、设计任务一台他励直流电动机，已知参数如下Pan=200kw ；Uan=440v ；Ian=497A ； nN=1500r/min；Ra=0.076Ω；采用分级启动，启动电流最大不超过2Ia N,，求各段电阻值，并且求出切除电阻时的瞬时转速和电动势，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。
三、设计计划第1天查阅资料，熟悉所选题目；第2天根据基本原理进行方案分析；第3天整理思路，按步骤进行设计；第4天整理设计说明书；第5天准备答辩；四、设计要求1、设计工作量为按要求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：王继强刘春喜李国华教研室主任：李洪珠时间：2014年7月5日他励直流电动机启动时由于电枢感应电动势Ea=CeΦn=0，最初启动电流Is=U/Ra，若直接启动，由于Ra很小，Ist会十几倍甚至几十倍于额定电流，无法换向，同时也会过热，因此不能直接启动。
要限制启动电流Ist的大小可以有两种方法:降低电枢电压和电枢回路串接附加电阻。
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；串电阻启动第一章直流电动机 (1)1.1 直流电动机的工作原理 (1)1.2 直流电动机的分类 (1)1.3 他励直流电动机的工作原理 (2)第二章他励直流电动机的启动 (3)2.1 他励直流电动机串电阻启动 (3)2.1.1 启动过程分析 (3)2.1.2 起动电阻的计算 (4)2.2 直流电动机电枢串电阻启动设计方案 (5)2.2.1 选择启动电流1I和切换电流2I (5)2.2.2 启动、切换电流比β (5)2.2.3 启动时电枢电路的总电阻Ram (6)2.2.4 启动级数m (6)2.2.5 重新计算β，校验I2 (6)2.2.6 各级总电阻的计算 (6)2.2.7 各级启动电阻的计算 (6)2.3 多级启动的规律 (7)2.3.1 不同加速级的机电常数 (7)2.3.2 不同加速级的起始转速与稳定转速 (7)2.3.3 启动级数的选取 (7)第三章结论 (8)第四章心得体会 (9)参考文献 (10)第一章直流电动机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直流电动机的工作原理：上图所示为最简单的直流电动机工作原理示意图。
直流电动机换向器是由二片互相绝缘的半圆铜环（换向片）构成的，每一换向片都与相应的电枢绕组连接，与电枢绕组同轴旋转，并与电刷A、B相接触。
若电刷A是正电位，B是负电位，那么在N极范围内的转子绕组ab中的电流从a流向b，在S极范围内的转子绕组cd中的电流从c流向d。
转子载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电动机左手定则判断，如图中ab边受力方向是向左，而cd则向右。
由于磁场是对称的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受的电磁力的大小相等。
这样转子线圈上受到的电磁力 f的作用而按逆时针方向旋转。
当线圈转到磁极的中性面时，线圈中的电流为零。
因此，电磁力也等于零。
但由于惯性的作用，线圈继续转动。
线圈转过半圈之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab转到S极范围内，cd转到N极范围内，但是由于电刷和换向片的作用，转到N极下的cd边中的电流方向也变了，是从d流向c，在S极下的ab边中的电流，则从b流向a。
因此，电磁力f的方向仍然不变，转子线圈仍按逆时针方向转动。
可知，分别在N，S极范围内的导体中的电流方向总是不变的。
由此，线圈二边受力方向也不变。
这样，线圈就可以按照受力方向不停地旋转。
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1.3他励直流电机工作原理图第二章他励直流电动机的启动2.1 他励直流电动机串电阻启动在实际中，如果能够做到适当选用各级起动电阻，那么串电阻起动由于其起动设备简单、经济和可靠，同时可以做到平滑快速起动，因而得【5】到广泛应用。
但对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相同。
下面仅以直流他励电动机电枢回路串电阻起动为例说明起动过程。
2.1.1 启动过程分析如图2.1（a)所示，当电动机已有磁场时，给电枢电路加电源电压U。
触点K M1、K M2均断开,电枢串入了全部附加电阻RK1+RK2 ,电枢回路总电阻为Ra l=ra+R K1+R K2。
这是启动电流为I1=U/R al=U/(r a+R K1+R K2)与起动电流所对应的起动转矩为T1。
对应于由电阻所确定的人为机械特性如图2.1(b)中的曲线1所示。
(a) 电路图 (b) 特性图图2.1直流他励电动机分二级起动的电路和特性根据电力拖动系统的基本运动方程式T-TL=J dt式中 T——电动机的电磁转矩；TL——由负载作用所产生的阻转矩；J——电动机的转动惯量；由于起动转矩T1大于负载转矩T L，电动机受到加速转矩的作用，转速由零逐渐上升，电动机开始起动。
在图2.1(b)上，由a点沿曲线1上升，反电动势亦随之上升，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，为保证一定的加速转矩，控制触点K M1闭合，切除一段起动电阻R K1。
b点所对应的电枢电流I2称为切换电流，其对应的电动机的转矩T2称为切换转矩。
切除R1后，电枢回路总电阻为R a2=r a+R2。
这时电动机对应于由电阻R a2所确定的人为机械特性，见图2.1(b)中曲线2。
在切除起动电阻RK1的瞬间，由于惯性电动机的转速不变，仍为nb，其反电动势亦不变。
因此，电枢电流突增，其相应的电动机转矩也突增。
适当地选择所切除的电阻值R1，使切除R1后的电枢电流刚好等于I1，所对应的转矩为T2，即在曲线2上的c点。
又有T1>T2，电动机在加速转矩作用下，由c点沿曲线2上升到d点。
控制点K M2闭合，又切除一切起动电阻R1。
同理，由d点过度到e点，而且e点正好在固有机械特性上。
电枢电流又由I2突增到I1，相应的电动机转矩由T2突增到T1。
T1> T L，沿固有特性加速到g 点T=T L，n=n g电动机稳定运行，起动过程结束。
在分级起动过程中，各级的最大电流I2(或相应的最大转矩T2)及切换电流I2(或与之相应的切换转矩T2)都是不变的，这样，使得起动过程有较均匀的加速。
要满足以上电枢回路串接电阻分级起动的要求，前提是选择合适的各级起动电阻。
下面讨论应该如何计算起动电阻。
2.1.2 起动电阻的计算在图2.1(b)中，对a点，有I1=U/R a1即 R a1=U/I1当从曲线1(对应于电枢电路总电阻R a1=r a+R1+R2)转换得到曲线2(对应于总电阻R a2=r a+R2)时，亦即从点转换到点时，由于切除电阻R K1进行很快，如忽略电感的影响，可假定nb=nc，即电动势E b=E c，这样在点有I2=(U-U b)/R a1在c点I1=(U-Uc)/R a2两式相除，考虑到E b=Ec，得I1/I2=R a1/R a2同样，当从d点转换到e点时，得I1/I2=R a2/r a这样，如图2.1所示的二级起动时，得I1/I2=R a1/R a2=R a2/r a推广到m级起动的一般情况,得β=I1/I2=R a1/R a2=R a2/r a=R a2/r a=…=R a(m-1)/R am=R am/r a式中 为最大起动电流I1与切换电流I2之比，称为起动电流比(或起动转矩比)，它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。
由此可以推出ar1=式中m为起动级数。
由上式得=如给定λ,求m,可将式ar1=取对数得m=lg1⎪⎭⎫⎝⎛aarR由式=11aRI==ar2=…=maR)1(-=amr为：R1=R a1-R a2R2=R a2-R a3R3=R a3-R a4R(m-1)= Ra(m-1)- RamRm= Ram-ra起动最大电流I1及切换电流I2按生产机械的工艺要求确定，一般I1=(1.5~2.0) Ia NI2=(1.1~1.2) Ia N2.2 直流电动机电枢串电阻起动设计方案2.2.1 选择启动电流1I和切换电流2II1=(1.5～2.0)I=(1.5～2.0)×497A=(745.5～994)AI2=(1.1～1.2)I=(1.1～1.2)×497A=(546.7～596.4)A选择I1=840A，I2=560A。
2.2.2 启动、切换电流比β=1I =1.52.2.3 启动时电枢电路的总电阻Ram Ram=I aN=0.524Ω2.2.4 启动级数m m=lg ⎪⎭⎫ ⎝⎛a am r R =4.76 取m=52.2.5 重新计算β，校验I 2β==1.47I 2=1=571A I 2在规定范围之内。
2.2.6 各级总电阻的计算R 5=121R I I ra=1.475⨯0.076Ω=0.52ΩR 4=ra =1.474⨯0.076Ω=0.35Ω R 3=βra=1.473⨯0.076Ω=0.24Ω R 2=ra=1.472⨯0.076Ω=0.16Ω R 1=ra=1.47⨯0.076Ω=0.11Ω R 0=Ra=0.076Ω2.2.7 各级启动电阻的计算Rst1= 1R -R =(0.11-0.076)Ω=0.034ΩRst2=2R - 1R =(0.16-0.11)Ω=0.05ΩRst3=R-2R=(0.24-0.16)Ω=0.08ΩR-R=(0.35-0.24)Ω=0.11ΩRst4=4Rst5=R-4R=(0.52-0.35)Ω=0.27Ω2.3 多级启动的规律2.3.1 不同加速级的机电常数不同加速级的机电常数是不同的，电枢电路的电阻越大，则T M越大。
2.3.2 不同加速级的起始转速与稳定转速不同加速级的起始转速与稳定转速是不同的，这是由于不同的机械特性与恒切换转矩T2（或切换电流I2）特性及恒负载转矩TL（或负载电流IL）特性的交点是不同的。