电气自动化论文(贵港电大任其恩).doc

课 程 设 计 报 告

课题名称 直流电动机的降压启动的应用

姓 名 任其恩 学 号 FH1092V7010
所在系 电力系 专业年级09秋电气工程
指导教师青元玖 职 称 副教授

2011 年6 月22 日

．．目 录
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．IV
第1章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.1 课题的背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.2 课题的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.3 本课题的主要工作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
第2章直流电动机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.1直流电动机的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2直流电动机的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
第3章 直流电动机的启动．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
3.1直流电动机的启动方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.2直流电动机的降压启动控制线路 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
第4章 安装调试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
第5章 故障处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

摘要
传统降压启动方式，依据降压限流的原理，通过降压电源电压达到限制启动电流的目的，多年实践证明，降压启动是行之有效的方法。这种方法由于降低了电机电磁转矩，只适宜空载或轻载的场合。除小容量的电机外，直流电动机一般采用降压启动的方式。采用晶闸管构成的可控整流电路作为直流电动机的可调电压电源，从而实现电动机的降压启动。这样既使电动机平稳启动，又保证了电动机的安全。

关键词：降压启动 直流电动机

第1章 绪论
1.1课题的背景
在奥斯特发现电的磁效应之后，人们对电最感兴趣的研究方向，自然是如何把电能转化为动能。继法拉第在1821年发明最初的直流电动机的实验装置后，有不少人对电动机进行了类似的实验研究。其中成就最为卓著的是在革新电磁铁方面作出过重要贡献的美国电学家亨利。
亨利在1829年革新成功新的电磁铁之后，开始致力于电动机的研究。1831年，他在一次实验中也发现了感应电流。同年，亨利试制出了一台电动机的实验模型。亨利的电动机虽然只是一种实验装置，但由于他的装置中应用了电磁铁，因而它所产生的磁能较大，因此产生的动能也就比法拉第的装置所产生的动能要大得多。所以说，亨利的电动机实验模型是继法拉第在1821年所制的那种模型后的一大进步，是向实用电动机发展进程中跨出的重要的一步。
亨利试制成功第一台电动机的实验模型之后，人们试图把这种电动机的实验模型转变成可供实用的电动机。首先在这方面作出重要贡献的是德国电学家雅可比。1834年，雅可比以亨利的电动机实验模型为基础，对这种实验模型作了一些重要革新。把亨利模型中的水平电磁铁改为转动的电枢，加装了脉动转矩和换向器。由于进行了这些较大的革新，雅可比便在同年五月装出了第一台样机。这样，雅可比就最先把亨利的那种电动机的实验模型变成了一种最初始的可供实用的电动机，从而使电动机完成了从实验模型到实用电动机的转化。
当今世界，各种先进的科学技术飞速发展，给人们的生活带来了深远的影响，它极大的改善我们的生活方式。同时随着电动机的种类的不断变化，作用也涵盖了我们生活的方方面面，从日常生活到国防军事，不管是天上飞的，土里钻的，还是水里游的，异或是太空里飘的，只要有人参与的就离不开电动机，他对人们生活的影响可见一斑。所以人们对电动机的改进和探索依然在继续……
1.2课题的意义
电动机是我们生活中常见的一种电气化设备，电动机将电能转化为机械能，从而带动各种生产机械和生活用电器的运转。电动机的应用很广，种类也很多，但它们工作的原理都是一样的。
直流电动机的启动的要求是：应该有足够大的启动转矩，以缩短启动的时间按，以提高生产效率，同时启动的电流又不能太大，如果采用直接启动的方式则在启动的瞬间启动电流会很大，通常是额定电流的10-20倍，而过大的启动电流将导致换向困难及换向器表面产生强烈的电火花，还会引起所在电网的电压下降，从而影响到其他设备的正常工作。因此，除小容量的电机外，直流电动机一般采用降压启动的方式。采用晶闸管构成的可控整流电路作为直流电动机的可调电压电源，从而实现电动机的降压启动。这样既使电动机平稳启动，又保证了电动机和电网的安全。直流电动机还广泛的应用于电动玩具，录音机的小型玩具。
1.3 本课题的主要工作
直流电动机的降压启动应用，需要做的工作如下：
1.熟知直流电动机的结构及工作原理。
2.了解直流电动机的启动方法。
3.详细了解直流电动机的降压启动过程。
4.能够设计出直流电动机的降压启的控制线路图。
5.安装和调试并进行故障处理。

第2章 直流电动机
直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。

图2.0.1

　　1．他励直流电机
　　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（a）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。
　　2．并励直流电机
　　并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图（b）所示。作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。
　　3．串励直流电机
　　串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，接线如图（c）所示。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。
　　4．复励直流电机
复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图（d）所示。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。
下面我们主要看的电机是直流电动机。
2.1直流电动机的结构
分为两部分：定子与转子。记住定子与转子都是由那几部分构成的，注意：不要把换向极与换向器弄混淆了，记住他们两个的作用。
　　定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。
　　转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。
　　（1）定子
　　定子就是发动机中固定不动的部分，它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。主磁极是由主磁极铁芯（极心和极掌）和励磁绕组组成，其作用时用来产生磁场。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理，并用来阻挡励磁绕组。主磁极用硅钢片叠成，固定在机座上。机座也是磁路的一部分，常用铸钢制成。电刷是引入电流的装置，其位置固定不变。它与转动的交换器作滑动连接，将外加的直流电流引入电枢绕组中，使其转化为交流电流。
　　直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场，是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系由由有螺旋法则确定。
在微型直流电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。
结构如下图2.1.1所示：

图2.1.1

　　（2）转子
　　转子是电动机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。电枢是电动机中产生感应电动势的部分，主要包括电枢铁芯和点数饶组。电枢铁芯成圆柱形，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放电枢绕组。通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用，驱动转子旋转，起了能量转换的枢纽作用，故称“电枢”。
　　换向器又称整流子，是直流电动机的一种特殊装置。它是由楔形铜片叠成，片间用云母垫片绝缘。换向片嵌放在套筒上，用压圈固定后成为换向器再压装，在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。
在换向器表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来，并实现将外部直流电流转化为电枢绕组内的交流电流。
2.2 直流电动机的工作原理
如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。
　　此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。

图2.2.1
第三章 直流电动机的启动
直流电动机从静止状态到稳定运行状态的过程称为直流电动机的启动。启动中最重要的是启动电流Ist和启动转柜Tst。
3.1 直流电动机的启动方法
直流电动机的启动方法有三种：直接启动，电枢串电阻启动，和降压启动。
直流电动机的启动的要求是：应该有足够大的启动转矩，以缩短启动的时间按，以提高生产效率，同时启动的电流又不能太大，如果采用直接启动的方式则在启动的瞬间启动电流会很大，通常是额定电流的10-20倍，而过大的启动电流将导致换向困难及换向器表面产生强烈的电火花，还会引起所在电网的电压下降，从而影响到其他设备的正常工作。因此，除小容量的电机外，直流电动机一般采用降压启动的方式。
3.2 直流电动机的降压启动控制线路
直流电动机常用的降压启动方法有两种：降低电源电压启动和电枢回路串联电阻启动。
如图3.2.1利用电枢回路串联电阻启动。闭合QS，按下启动按钮SB2，接触器KM3得电动作，其常开触点闭合，使电动机电枢回路串入电阻启动。而时间继电器KT1也同时得电动作，其常开触点经延时闭合，使KM1得电动作，从而将R1短接 ，电动机加速。这时，时间继电器KT2也得电动作，又将R2短接。这样，启动过程完成。

第4章 安装调试
第5章 故障处理
结束语

参考文献
张华龙．电机与电气控制技术．北京：人民邮电出版社，2008
黄海平．常用电气线路290例．北京：科学出版社，2007
张忠夫．电机传动与控制．北京：机械工业出版社，2001
许晓峰．电机及拖动．北京：高等教育出版社，2000
王艳秋．电机及电力拖动．北京：化学工业出版社，2001
马宏忠．电机学．北京：高等教育出版社，2009
徐虎，吴加国．电机应用技术．北京：机械工业出版社，2009
王兰君．电工使用线路300例（修订版）．北京：人民邮电出版社，2002
致谢
感谢我的导师青元玖教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
导师的严谨给我留下了深刻的印象，并将在我今后的人生道路上产生深远的影响，在此论文完成之际，谨向导师致以崇高的敬意和衷心的感谢！
感谢那些曾经帮助过我的老师、同学和朋友！正是由于各位的倾心指导、谆谆教诲，鼎力帮助，使我得以顺利完成课程设计。再一次感谢曾帮助过我和支持我的同学以及导师。谢谢！

17 / 17