综述 (2)
1直流电动机的工作原理 (3)
2直流电动机的结构 (3)
2.1定子 (4)
2.2转子 (4)
3 直流电动机的分类 (4)
3.1他励直流电动机 (5)
3.2 并励电直流动机 (5)
3.3串励直流电动机 (5)
3.4 复励直流电动机 (5)
4他励直流电动机的起动 (6)
4.2降电压起动 (6)
4.3 电枢串电阻起动 (6)
5他励直流电动机电枢串电阻起动设计 (8)
6 结论 (10)
7 心得体会 (12)
参考文献 (13)
综述
直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。直流电机可作为电动机用，也可作为发电机用。直流电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动机拖动。在工业领域直流电动机仍占有一席之地。因此有必要了解直流电动的运行特性。在四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。
1直流电动机的工作原理
如图1-1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，这是便有电流从电源正极流出，经电刷A流入电枢绕组，然后经过电刷B流回电源的负极。在图1-1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cd的受力方向是向右的。当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于阻转矩是，电动机逆时针旋转。当线圈转过180度时，这是导线的电流方向变为由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。
图1-1 直流电动机的工作原理图
2直流电动机的结构
直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
图2-1直流电机结构图
2.1定子
主磁极——主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。
换向极——换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害的火花。
机座——机座有两个作用，一是用来固定主磁极、换向级和端盖；另一个是作为磁路的一部分。
电刷装置——电刷装置是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成
2.2转子
电枢铁心——电枢铁心也有两个用处，一是作为主磁路的主要部分，二是嵌放电枢绕组。
电枢绕组——电枢绕组由许多按一定规律连接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，是通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换的关键部件。
换向器——换向器也是直流电机的重要部件。在直流电动机中，它的作用是将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流；在直流发电机中，它将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势。
3 直流电动机的分类
根据励磁线圈和转子绕组的连接关系，励磁式的直流电机又可细分为：
他励直流电动机并励直流电动机串励直流电动机和复励直流电动机
3.1他励直流电动机
他励直流电动机是一种励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其他直流电源而由其他直流电源对励磁绕组单独供电的直流电动机，如图3-1（a）所示。
3.2 并励电直流动机
并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组并联，如图3-1（b）所示。这种直流电动机的励磁绕组上所加的电压就是电枢电路两端的电压
3.3串励直流电动机
串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕串联，如图3-1（c）所示。这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流，若有调节电阻与励磁绕组并联，其电流则为电枢电流的一部分
3.4 复励直流电动机
这种直流电机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢电路并联，然后再和另一个励磁绕组串联，如图3-1（d）所示。
图（a）他励直流电动机图（b）并励直流电动机
图（c）串励直流电动机图（d）复励直流电动机
图3-1直流电动机的四种类型
4他励直流电动机的起动
4.1 直接起动
直接起动是指接通励磁电源后，将电动机的电枢直接投入额定电压的电源上起动。直接起动又称为全压起动。由于起动瞬间，转速等于零，电枢绕组的感应电动势
=Φ=n C E e a （4-1）
则起动电流为
a
N a
a
N st R U R E U I =-=
（4-2）
由于电枢绕组的电阻Ra 很小，所以起动电流很大，可达到额定电流的十几倍。该电流对电网的冲击很大。因而，除了小容量电机可采用直接起动外，对大中、容量的电动机不能直接起动。
4.2降电压起动
降低电枢电压起动，即起动前将施加在电动机电枢两端的电源电压降低，以减小
起动电流 ，电动机起动后，再逐渐提高电源电压，使起动电磁转矩维持在一定数值，保证电动机按需要的加速度升速。这种起动方法需要专用电源，投资较大，但起动电流小，起动转矩容易控制，起动平稳，起动能耗小，是一种较好的起动方法。
4.3 电枢串电阻起动
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，同时可以中道平滑快速情动，因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相同。
下面所示直流他励电动机电枢电路串电阻二级起动为例说明起动过程。 起动过程分析：
如图4-1（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KM1、
KM2均断开，电枢传入了全部附加电阻Rk1+Rk2电枢回路总电阻为Ral=ra+Rk1+Rk2。这时
起动电流为： （4-3）
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4-1（b ）中的曲线1所示。
U
M
r
a
r a2
n 0
h
e
c
I
T
O
T L
I L
I 2
T 2g m
f
d
3
2
b
1
R al
α
r a
R a2
r a1
K m1
K m2
R k1R k2+
-
（b ）特性图
（a ）电路图
图4-1 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：
（4-4）
式中： T ——电动机的电磁转矩；
T L —— 由负载作用所产生的阻转矩；
Jdw/dt 错误！未找到引用源。 --电动机转矩克服负载转矩后所产生的动态转矩。
由于起动转矩T 1大于负载转矩T L ,电动机收到加速转矩的作用，转矩有零逐渐上升，电动机开始起动。在图4-1（b ）中，由a 点沿着曲线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后，b 点所对应的电枢电流I 2成为切换电流，其对应的电动机的转矩T 2成为切换转矩。切除R K 1后 ,电枢回路总电阻为R a2=r a +R k2。这时电动机对应于由电阻R a2确定的人为机械特性。在切除起动电阻R K1的瞬间，由于惯性电动机的转速不变，仍为n b ，其反电动势亦不变。因此，电枢电流突增，其相应的电动势转矩也突增。适当的选择切除的电阻值R k1，使切除R k1后的电枢电流刚好等于I 1,所对应的转矩为T 2，即在曲线2上的c 点。又有T 1>T 2,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R k2。同理，由d 点过度到e 点，而且e 点正好在固定的机械特性上。电枢电流又由I 2突增到I 1相应的电动机转矩由T 2突增到T 1。T 1>T 2，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I 1（或者相应的最大转矩T 2）及切换电流I 2（或者与之对应的切换转矩T 2）都是不变的，这样，使得起动过程中有均匀的加速。 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。
5他励直流电动机电枢串电阻起动设计
1.选择起动电流 I1 和 I2
起动电流 I 1=（1.5～2.0）I N =（1.5～2.0）20.8=（31.2～41.6）A 取I 1=39A;
I 2=(1.1～1.2)I N =（1.1～1.2）20.8=（22.88～24.96）A 取 I 2=23A
2.求出电动机的电枢电路电阻
I
U
R
N
N
a aN
N
a a
)-
(I
P ÷
==(440-7200/20.8)/20.8Ω=4.51Ω
3.求出起动时电枢电路的电阻Ram
I U
R
N
M
1a a ÷==440/39错误！未找到引用源。Ω=11.28Ω
4、求出起切电流比β
1.7
23392
1
1
===??
? ????
? ??R R a aM M
β
5、求出I 1校验I 2
A I
I
93.321.63
1391
2
==
=
β
I 2在规定范围之内
6.求出启动级数m
m=
31.27
.1lg )
51.428
.11lg(
lg )lg(==
β
a
m R R
取m=3
6 求出各级总电阻
51
.4a
==
R
R ?
35
.751.463.10
1
=?==R
R
β
? 98
.1135.763.11
2
=?==
R
R β?
Ω
=?==
53.1998.1163.12
3
R
R
β
7、求出各级起动电阻
Ω
=-==
84.251.435.7-0
1
st1
R
R R
Ω=-==
63.435.798.11-1
2
2
st R
R R
Ω
=-==
45.798.1153.19-2
3
3
st R
R R
6 结论
他励直流电动机串电阻起动计算方法： 1 选择起动电流I1和切换电流I2 起动电流为 I 1=（1.5~2.0）I N 切换电流为 I 2=（1.~1.2）I L 对应的起动转矩
T 1=（1.5~2.0）T N 对应的切换转矩 T 2=(1.5-2.0)T N 2 求出起切电流（转矩）比β
2
1I I =
β
3 求出电动机的电枢电路电阻a R
N
N
N N I I P U R a a a a )
(-=
4 求出起动时的电枢总电阻Rm
N
N I U R a a m =
5 求出起动级数m
β
lg lg m a
m R R =
6 重新计算β，校验I2是否在规定范围内 若m 是取相近整数，则需重新计算I2
再根据得出的β重新求出I2，并校验I2是否在规定范围内。若不在规定范围内，需加大起动级数m 重新计算β和I2，直到符合要求为止。
7 求出各级总电阻
r
R
R
r
R R a
m a a a
m
a βββ
β1
-3
22
1
a =
===
8 求出各级起动电阻
电枢回路串电阻起动方法比较简单，经济和可靠，同时可做到平滑快速起动。缺点就是起动条件非常严格。降压起动平稳，起动过程能量损耗小，容易实现自动化。降压起动的缺点就是初期投资大，起动设备复杂，要求有单独的可调压直流电源。
7 心得体会
电机与拖动课程设计终于圆满结束，在老师的细心指导下和同学们的共同努力中，我们顺利地完成了课程设计.在这次设计过程中，我深刻地体会到了科学的严谨，必须要有一个正确的态度去面对设计，努力地为了完成各种参数的设定而实验，积极地与同学们交流，在配合下完成设计的意识. 通过整个课程设计，使我对直流电动机的串电阻起动可以说是“刻骨铭心”，不仅让我深刻地了解到前人在科学研究上态度和方法，而且也让我懂得任何的创新和发现都不是一时一刻可以得到的，必须具有深厚的知识功底，敏锐的洞察力才能告破事情的真相，从根本上理解它，应用它。通过这次课程设计，我感觉这种设计很好地锻炼了我们的团队合作精神和对知识的应用能力，从本质上为我们揭示了基础理论科学。使我的各方面的能力得到了充分的锻炼。
参考文献
[1] 顾绳谷：电机与拖动基础[M].第4版机械工业出版社， 2007年
[2] 汪国梁：电机学[M].北京机械工业出版社，1988年
[3] 杨渝钦：控制电机[M].第2版.北京机械工业出版社，1998年
[4] 刘竞成：交流调速系统[M].上海上海交通大学出版社，1984年
[5] 李晓竹：电机与拖动中国矿业大学出版社，2002年
题目 他励直流电动机串电阻启动的设计 专业：电气工程及其自动化 班级：13电牵1班 姓名：贤第 学号：20130210470103
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。
摘要 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； 目录 引言 (5) 1 直流电动机 (7) 1.1直流电动机的工作原理 (7) 1.2直流电动机的分类 (7) 1.3他励直流电机工作原理 (8)
引言 三相异步电动机是目前应用最为广泛的电动机。要想讨论电力拖动中经常遇到的绕线型异步电动机转子电路串联电阻启动问题，首先我们要先了解三相异步电动机，这是讨论问题的基础。 异步电动机是交流电动机的一种。由于异步电动机在性能上有缺陷，所以异步电动机主要作电动机使用。 异步电动机按供电电源相数的不同，有三相、两相和单相之分。三相异步电动机结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便，是当前工业农业生产中应用最普通的电动机；单相异步电动机容量较小，性能较差，在实验室和家用电器中应用较多；两相异步电动机通常用作控制电机。 三相异步电动机分为三相笼型异步电动机和三相绕线型异步电动机。我的设计为三相绕线型异步电动机转子电路串电阻启动。
1 三相异步电机的工作原理和结构组成 1.1 工作原理 三相对称绕组，接通三相对称电源，流过三相对称电流，产生旋转磁场（电生磁），切割转子导体，感应电势和电流（磁变生电），载流导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩（电磁生力），使转子朝着旋转磁场旋转的方向旋转。 1.2 结构组成 三相异步电动机主要由定子、转子、气隙三部分组成。 1.2.1 定子 三相异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。 1）定子铁心定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。为了使异步电动机能产生较大的电磁转矩，希望有一个较强的旋转磁场，同时由于旋转磁场对定子铁心以同步转速旋转，定子铁心中的磁通的大小与方向都是变化的，必须设法减少由旋转磁场在定子铁心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此，定子铁心由导磁性能较好的0.5mm厚且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成。对于容量较大(10kW以上)的电动机，在硅钢片两面涂以绝缘漆，作为片间绝缘之用。定子铁心上的槽形通常有三种半闭口槽，半开口槽及开口槽。从提高电动机的效率和功率因数来看，半闭口槽最好。 2）定子绕组定子绕组是异步电机定子部分的电路，它也是由许多线圈按一定规律联接面成。能分散嵌入半闭口槽的线圈由高强度漆包圆铜线或圆铝线绕成，放入半开口槽的成型线圈用高强度漆包扁沿线或扁铜线，或用玻璃丝包扁铜线绕成。开口槽也放入成型线圈，其绝缘通常采用云母带，线圈放入槽必须与槽壁之间隔有“槽绝缘”，以免电机在运行时绕组对铁心出现击穿或短路故障。一般根据定子绕组在槽布置的情况，有单层绕组及双层绕组两种基本型型。容量较大的异步电动机都采用双层绕组。双层绕组在每槽的导线分上下两层放置，上下层线圈边之间需要用层间绝缘隔开。小容量异步电动机常采用单层绕组。槽定子绕组的导线用槽楔紧固。槽楔常用的材料是竹、胶布板或环氧玻璃布板等非磁性材料。 3）机座机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。中小型异步电动机一般都采用铸铁机坐，并根据不同的冷却方式而采用不同的机座型式。例如小型封闭式电动机、电机中损耗变成的热量全都要通过机座散出。为了加强散热能力，在机座的外表面有很多均匀分布的散热筋，以增大散热面积。对于大中型异步电动机，一般采用钢板焊接的机座。 1.2.2 转子 异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
实验一直流电动机起动实验 一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R F=181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理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、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。 四、实验步骤 1) 建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2 π =9.55。 2) 计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“ 0” 电枢电阻 R a =0.0870 电枢电感估算
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械 特性，及其工作特性与应用领域 一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域 图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。 他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。 他励直流电动机工作特性 1. 转速特性 2. 转矩特性 T T C C '=Φ 3. 效率特性 a a e e R U n I C C = + Φ Φ e T a T a T C I C I '==Φ2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1() p p p I R I U P P U I I ??++++η= ?=- ?? +? ?
应用领域 他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。如大型车床、龙门刨床。 二、串励直流电动机的机械特性， 串励电动机的机械特性为双曲线， 转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 工作特性
电动势平衡方程式 电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式 （其中，R fc 为串励绕组电阻） 应用领域 串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。 a e a a E C n C I n '==Φe 20 T T T =+2e T a T a T C I C I '==Φa e f C C K '=T T f C C K '=2e 200 602πP T T T T n =+=+?
三、并励直流电动机的机械特性 n0为理想空载转速,与端电压有关， 直线斜率k<0,表明n是T的减函数， 其下降速率与调节电阻Rj大小有关。 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。即硬度高。工作特性
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学移通学院 课程设计报告 设计题目：直流电机的串电阻启动过程设计 学校： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：年月 重庆邮电大学移通学院
目录 一、直流电动机的综述 (4) 1.1直流电动机的基本工作原理 (4) 1.2直流电动机的分类 (5) 1.3直流电动机的特点 (5) 二、他励直流电动机 (5) 2.1他励直流电动机的机械特性 (5) 2.2固有机械特性与人为机械特性 (6) 三、他励直流电动机的起动 (7) 3.1直流电动机的启动过程分析 (8) 3.2他励直流电动机起动电阻的计算 (9) 四、设计内容 (10) 五、结论 (11) 六、心得体会 (12) 七、参考文献 (12)
一、直流电动机的综述 1.1直流电动机的基本工作原理 图1 是一台最简单的直流电动机的模型，N和S是一对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)。磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心。铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，它们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢铁心、电枢线圈和换向器构成的整体称为电枢。 如果将电源正负极分别接电刷A和B,则线圈abcd中流过电流。在导体ab中，电流由a 流向b，在导体cd中，电流由c流向d，如图（a）所示。载流导体ab和cd均处于N和S 极之间的磁场当中，受到的电磁力的作用。用左手定则可知，载流导体ab受到的电磁力F 的方向是向左的，力图使电枢逆时针方向运动，载流导体cd受到的电磁力F的方向是向右的, 也是力图使电枢逆时针方向运动，这一对电磁力形成一个转矩, 即电磁转矩T，其方向为逆时针方向，使整个电枢沿逆时针方向转动。当电枢转过180°, 导体cd转到N极下，ab转到S极上，如图（b）所示。由于电流仍从电刷A流入，使cd中的电流变为由d流向c，而ab中的电流由b流向a，再从电刷B流出。用左手定则判别可知，导体cd受到的电磁力的方向是向左的，ab受到的电磁力的方向是向右的，因而电磁转矩的方向仍是逆时针方向,使电枢沿逆时针方向继续转动。当电枢在转过180°，就又回到图（a）所示的情况。这就是直流电动机的基本工作原理。
课程设计名称：电子技术课程设计题目：绕线型异步电动机串电阻启动 学期：2013-2014学年第2学期 专业：电气技术 班级：电技12-2 姓名：周立君 学号：1205020229 指导教师：王巍
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 绕线型三相异步电动机串电阻启动设计 二、设计任务 1、分析绕线型三相异步电动机的启动过程； 2、给出启动级数、各级启动电阻计算公式； 3、以实际例子说明启动级数和各级启动电阻的计算过程； 三、设计计划 电机与拖动课程设计共计1周内完成： 1、第1～2天查资料,熟悉题目； 2、第3～5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、以实际例子说明启动级数和各级启动电阻的计算步骤； 2、对电枢串电阻启动进行优缺点分析； 指导教师：王巍 时间：年月日
摘要 三相异步电动机是交流电机的一种，主要用作电动机使用，因其结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便，是当前工农业当中应用最普遍的电动机。但是启动电流大是所有电动机启动的共性，电动机启动过程要求启动电流不能超出允许范围而且启动转矩不能太小，启动电流过大可能导致绕组烧坏，启动转矩太小会导致电动机启动过程缓慢甚至不能启动。所以，研究一种可行而适用易操作的启动方案就变得十分必要了。本课题研究绕线型三相异步电动机的电枢串电阻启动，通过理论计算，给出启动级数、各级启动电阻等详细参数，以达到增加最初起动转矩，使电动机以最大转矩T起动，避免因直接起动产生较大电流而带来的危害，提高启动的平稳性的可观效果。 关键词：异步电动机；电枢串电阻；启动
直流电动机串电阻分级启动仿真实验 电路图搭建： 如果电动机直接启动的话，设置Step1/ Step2 /Step3的起始值为0，并且step time 设为0，也就是在0时刻开始以后一直都为0值，也就是三个电阻开关保持闭合，使所串电阻短路，仿真得到转速和电枢电流的启动图形： 可以发现，启动电流在很短的时间里就冲击到很大的值，我们将电流波形横坐标和纵坐标分别放大看看： 从图中可以看到，在时间约为0.08s时刻电流冲击到了大约1840A，这很显然不符合要求，电机一启动就烧，或者启动瞬间熔断丝就烧断。
如果这时候串一个1Ω的电阻，也就是讲三个电阻值都串进电路，设置Step1/ Step2 /Step3的step time 设置为20s，得到以下波形： 可以发现启动电流变小了很多，在200A左右，这也就满足启动电流限制的要求了，但是串联的电阻不能一直在电路中，这样会造成能量损耗，因为虽然电阻很小，但是电流很大，电流平方得到损耗电功率就很大了，即使是在额定运行时，额定电流大约在88.8A，而且我们还发现在时间t=10s时刻，电机还没有达到额定运行状态，也就是启动过程太慢，这主要是串了启动电阻的原因。
现在我们采用分级启动，下次电阻降低是在电流约为额定的1.2倍时，这样我们选t=3.5s时，把串的0.518Ω的电阻去掉，使所串电阻为0.482Ω，设置step3的step time 为3.5s，得到如下仿真图： 可以发现电流会在3.5s时又有一个冲击电流，大约是210V左右，一般也能满足要求， 也就是说，二次所串的电阻0.482欧姆能够满足要求，现在我们试试如果去掉0.838Ω的电阻，只剩一只0.162Ω时仿真的波形： 很显然看出，在时间3.5s时刻，冲击电流很大，大约460V(底下的放大波形可以清楚地看出)，这也就不能满足电机的启动电流的要求。所以我们在去电阻时候要选择大小，不能一次性完全去掉，而是一次一次的分级去掉。下面就是我们进行的第二次去电阻。
串励直流电动机工作原理 一、清点人数，记考勤 二、复习上节课相关知识 三、引入新课 1、组成：由定子、转子、电刷和换向器组成，如图2所示转子（电枢）：产 生电磁转矩。 转子（磁场）：产生磁场。 电刷：将直流电引入到电枢中。 换向器：保证同一磁极下电流的方向一致 1 —风扇； 2 —机座； 3 —电枢；4—主磁极；5 —电刷；6 —换向器；7 —接线板；8
—出线盒；9 —换向极；10 —端盖 图2直流电动机的组成 2、电动机的工作原理 基本工作原理：通电导体在磁场中产生电磁力，使导体产生旋转运动，实现了电能与机械能的转变。 工作情况：当蓄电池电流经过电刷引入电枢后，在线圈中有电流流过，方向如图所示根据左手定则，可以确定电磁力的方向，可见线圈在电磁力的作用下沿逆时针方向旋转。当线圈旋转过半圈后，两个换向片更换了接触的电刷，流过线圈的电流也发生了改变，但是电磁力矩的方向没有改变，这样就保证了电机始终向一个方向旋转，如图3所示。 图3直流电动机的工作原理 3、电动机的工作特性工作特性：直流串励式电动机的力矩M、转速n和功率P随电 枢电流变化的规律，如图4所示
空转制动 图4直流电动机的特性 转矩特性: 定义：电动机的转矩与电动机电流之间的关系 分析： ⑴起动瞬间，制动状态，电流值最大，电枢转速为零，力矩也相应达到最大值。且力矩与电流的平方成正比，因此力矩最大，易于发动机的起动。这就是汽车采用直流串励式电动机的主要原因。 ⑵随着转速的提高，力矩不断下降。 转速特性: 定义：电动机的转速与电动机电流之间的关系分析： ⑴当电枢电流增加时，电压降Is习R增加，在磁路未饱和时，①的值也增加，故n急剧下降。 ⑵直流串励电动机另一特性：重载时转速低，可保证发动机的安全起动，而在轻载时转速高，易造成飞车
直流电动机分类 直流电动机按结构及工作原理可划分：（1）无刷直流电动机和（2）有刷直流电动机。 （1）无刷直流电动机：无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通：定子为电枢，由多相绕组组成。在结构上，它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同．在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等)．绕组可接成星形或三角形，并分别与逆变器的各功率管相连，以便进行合理换相。转子多采用钐钴或钕铁硼等高矫顽力、高剩磁密度的稀土料，由于磁极中磁性材料所放位置的不同．可以分为表面式磁极、嵌入式磁极和环形磁极。由于电动机本体为永磁电机，所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 （2）有刷直流电动机可划分：（2.1）永磁直流电动机和（2.2）电磁直流电动机。 （2.1）永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 （2.1.1）稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等。 （2.1.2）铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域。 （2.1.3）铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 （2.2）电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 （2.2.1）串励直流电动机：电流串联，分流，励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。 （2.2.2）并励直流电动机：并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，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。 （2.2.3）他励直流电动机：励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。 （2.2.4）复励直流电动机：复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，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。
他励直流电动机串电阻启动仿真一、工作原理 电动机的起动是指电机合上电源后，从静止状态加速到所要求的稳定转速时的过程。起动时把电动机电枢直接加上额定电压是不允许的，因为在起动前，电机转速为零，由电枢电势公式可知，Ea也为零，电枢绕组电阻Ra又很小，若此时加上额定电压，会引起过大的起动电流Is，Is = UN/Ra,其值可达额定值的10～20倍。这样大的启动电流会产生强烈火花，甚至烧毁换向器；还会加剧电网电压的波动，影响同一电网上其他设备的正常运行，甚至可能引起电源开关跳闸。 直流电动机在电枢回路中串联电阻起动是限制起动电流和起动转矩的有效方法之一。建立他励直流电动机电枢串联电阻起动的仿真模型，仿真分析其串联电阻起动过程，获得起动过程的电枢电流、转速和电磁转矩的变化曲线。 二、参数计算 有一台他励直流电动机，参数如下： PN=100KW UaN=440V IaN=497A
nN=1500r/min Ra=0.076Ω 若采用串电阻启动，所串电阻计算如下： （1）选择I1和I2 I1=（1.5～2.0）IaN=(1.5～2.0)497A=(745.5~994）A I2=（1.1～1.2）IaN=(1.1～1.2)497A=(546.7~596.4）A 选择I1=850A ，I2=550A （2）求出起切电流比β 5.1550 85021===I I β （3）求出启动时的电枢电路电阻Ram Ω=Ω==518.0850 4401I U R aN am (4)求出启动级数m 74.45 .1lg 076.0518.0lg lg lg ===βa aN R R m 故取m=5 （5）重新计算β，校验I 2
F 实验一直流电动机起动实验 一、实验目的 理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、 转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R =181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理 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、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。 四、实验步骤 1)建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2π =9.55。 2)计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0” 电枢电阻 电枢电感估算R a =0.0870
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： 姓名： 学号：
直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。直流电机可作为电动机用，也可作为发电机用。直流电动机是将直流电能转换成机械能而带动生产机械运转的电器设备。与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的启动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和启动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动机拖动。在工业领域直流电动机仍占有一席之地。因此有必要了解直流电动的运行特性。在四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。 关键词：直流电机；串电阻；启动；原理；分类：机械特性；变速
1 直流电动机简介............................... 错误！未定义书签。 2 直流电机的基本结构 (1) 2.1 定子 (1) 2.2 转子.................................... 错误！未定义书签。 2.3 气隙.................................... 错误！未定义书签。 3 直流电动机的工作原理 (2) 4 直流电机的分类 (3) 5 他励直流电动机的机械特性 (5) 6 直流电机的名牌数据和主要系列 (6) 7 固有机械特性与人为机械特性 (7) 8 他励直流电动机串电阻起动 (8) 9 起动电阻的计算 (10) 10 设计得出结论 (12) 体会............................................ 错误！未定义书签。参考文献........................................ 错误！未定义书签。
1.电动机 1.1旋转磁场 定子三相对称绕组中通以频率为f 1 的三相对称电流便会产生旋转磁场。旋转磁场的转速由下式确定 n 0= p f 1 60 式中，P为电机的极对数。n 又称为同步转速旋转磁场的转向由三相电 流通入三相绕组的相序决定。改变电流相序，旋转磁场的转向随之改变。 1.2异步电动机结构 Y形的电阻，或直接通过短路端环短三相异步电动机主要由静止的和转动的两部分构成，其静止部分称为定子。定子是用硅钢片叠成的圆筒形铁心，其内圆周有槽用来安放三相对称绕组：三相对称绕组每相在空间互差120°，可联接成Y形或Δ形。三相异步电动机转动的部分称为转子，是用硅钢片叠成的圆柱形铁心，与定子铁心共同形成磁路。转子外圆周有槽用以安放转子绕组。转子绕组有鼠笼式和线绕式两种。鼠笼式：将铜条扦入槽内，两端用铜环短接，或直接用熔铝浇铸成短路绕组。线绕式：安放三相对称绕组，其一端接在一起形成Y形，另一端引出连接三个已被接成路。 1.3异步电动机工作原理 转子绕组切割旋转磁场产生感应电势，并在短路的转子绕组中形成转子电流,转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，形成转动力矩，使转子随旋转磁场以转速n转动并带动机械负载。转子和旋转磁场之间转速差的存在是异步电动机转动的必要条件，转速差以转差率s衡量
S= 0-n n n ×100% 1.4定子 定子铁芯：导磁和嵌放定子三相绕组：0.5mm 硅钢片冲制涂漆叠压而成；内圆均匀开槽；槽形有半闭口；半开口和开口槽三种：适用于不同的电机 定子绕组：电路；绝缘导线绕制线圈；由若干线圈按一定规律连接成三相对称绕组交流电机的定子绕组称为电枢绕组 机座：支撑和固定作用；铸铁或钢板焊接 1.5转子 转子铁芯：导磁和嵌放转子绕组；0.5mm 硅钢片；外圆开槽 转子绕组：分为笼型和绕线型两种 笼型绕组：电路；铸铝或铜条优缺点 绕线型绕组：对称三相绕组：星接；集电环优缺点 气隙：气隙大小的影响：中小型电机的气隙为0.2mm ～2mm 2.电动机的起动指标 起动是指电动机从静止状态开始转动起来，直至最后达到稳定运行。对于任何一台电动机，在起动时，都有下列两个基本的要求。 2.1起动转矩要足够大 堵转状态时电动机刚接通电源，转子尚未转动时的工作状态，工作点在特性曲线上的S 点。这时的转差s=1,转速n=0,对应的电磁转矩T st 称为起动转矩。 堵转状态说明了电动机的直接起动能力。因为只有在T st >T L <一般要求T st >（1.1～1.2）T L ，电动机才能起动起来。T st 大，电动机才能重载起动；T st
运动控制系统课程设计 课题：他励直流电动机启动 系别：电气与信息工程学院 专业： 学号： 姓名： 指导教师：
城建学院 2015年1月4日 成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
二、评分 课程设计成绩评定
目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计容 (1) 3.1、直流电动机 (1) 3.1.1直流电动机 (1) 3.1.2直流电动机的分类 (2) 3.1.3他励直流电机工作原理 (2) 3.2 他励直流电动机的启动 (3) 3.2.1 他励直流电动机串电阻启动 (3) 3.2.2 直流电动机电枢串电阻起动设计方案 (6) 3.2.3 多级启动的规律 (7) 3.3 结论 (7) 3.4他励直流电动机串电阻起动特性分析 (8) 四、设计体会 (10) 五、参考文献 (10)
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算；课程设计报告的整理工作。 三、设计容 有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,，求出各段电阻值，并作出机械特性曲线，对启动特性进行分析。 他励直流电动机的启动时间虽然很短，但是如果不能采用正确的启动方法，电动机就不能正常地投入运行。为此，应对电动机的启动过程和方法进行必要的分析。 直接启动时，他励直流电动机电枢加额定电压Un，电枢回路不串任何电阻，此时由于n=0，Ea=0，所以启动电流Ist=Un/Ra，由于电枢回路总电阻Ra较小，所以Ist可以达到额定电流In的十几甚至几十倍。这样大的电流可能造成电机换向严重不良，产生火花，甚至正、负电刷间出现电弧，烧毁电刷及换向器。另外，过大的启动电流使启动转矩Tst过大，会使机械撞击，也会引起供电电网电波动，从而引起其他接于同一电网上的电气设备的正常运行，因此是不允许的。一般只有微型直流电动机，由于自身电枢电阻大，转动惯量小，启动时间短，可以直接启动，其他直流电机都不允许直接启动。 在拖动装置要求不高的场合下，可以采用降低启动电压或在电枢回路串电阻的方法。他励直流电动机在电枢回路中串电阻，具有良好的启动特性、较大的启动转矩和较小的启
一选择题 1、直流串励式起动机中的“串励”是指（B ）。 A 吸引线圈和保持线圈串联连接 B 励磁绕组和电枢绕组串联连接 C 吸引线圈和电枢绕组串联连接 2、下列不属于起动机控制装置作用的是（ B ）。 A 使可动铁心移动，带动拨叉使驱动齿轮和飞轮啮合或脱离 B 使可动铁心移动，带动接触盘使起动机的两个主接线柱接触或分开 C 产生电磁力，使起动机旋转 3、永磁式起动机中用永久磁铁代替常规起动机的（ B ）。 A 电枢绕组 B 励磁绕组 C 电磁开关中的两个线圈 4、起动机空转的原因之一是（ B ）。 A 蓄电池亏电 B 单向离合器打滑 C 电刷过短 5、下列不会引起起动机运转无力的是（ A ）。 A 吸引线圈断路 B 蓄电池亏电 C 换向器脏污 D 电磁开关中接触片烧蚀、变形 6、在起动机的解体检测过程中，（ A ）是电枢的不正常现象。 A 换向器片和电枢轴之间绝缘 B 换向器片和电枢铁心之间绝缘 C 各换向器片之间绝缘 7、在判断起动机不能运转的过程中，在车上短接电磁开关端子30和端子C时，起动机 不运转，说明故障在（ B ）。 A 起动机的控制系统中 B 起动机本身 C 不能进行区分 8、在（ A ）起动机中，采用直推的方式使驱动齿轮伸出和飞轮齿圈啮合。 A 常规起动机 B 平行轴式减速起动机 C 行星齿轮式减速起动机 9、减速起动机和常规起动机的主要区别在于（ C ）不同。 A 直流电动机 B 控制装置 C 传动机构 10、在行星齿轮式减速起动机中，行星齿轮（ B ）。 A 只是围绕各自的中心轴线转动 B 沿着内齿圈公转 C 边自转边公转 11、起动机驱动轮的啮合位置由电磁开关中的( A )线圈的吸力保持。 A 保持 B 吸引 C 初级D次级 12、电动车窗中的电动机一般为（ C ）。 A 单向直流动电机 B 双向交流电动机 C 永磁双向直流电动机 13、车窗继电器，1、3端子间是线圈，如果用蓄电池将两端子连接，则2、4端子之间应（ A ） A 通路 B 断路 C 时通时断 14、检查电动车窗左后电动机时，用蓄电池的正负极分别接电动机连接器端子后，电动机转动，互换正负极和端子的连接后，电机反转，说明（ A ）。 A 电动机状况良好 B 不能判断电动机的好坏 C 电机损坏 15、在电加热座椅电路图中，节温器开关断开，将会使（ A ）。 A 快速加热系统失效 B 低速加热系统失效 C 快速和低速加热均系统失效 16、在电动座椅中，一般一个电机可完成座椅的（ B ）。 A 一个方向的调整 B 两个方向的调整 C 三个方向的调整 17、每个电动后视镜的后面都有（ B ）电动机驱动。 A 一个 B 两个 C 四个 18、中控门锁系统中的门锁控制开关用于控制所有门锁的开关，安装在（ A ）。 A 驾驶员侧门的内侧扶手上 B 每个门上 C 门锁总成中 19、门锁位置开关位于（ A ）。
目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1 关于PLC (2) 1.1概述 (2) 1.2 PLC的系统组成 (2) 2 S7-200简介 (3) 2.1 概述 (3) 2.2 组成 (3) 3 三相异步电动机的工作原理和结构组成 (3) 3.1 工作原理 (3) 3.2 结构组成 (4) 3.2.1 定子 (4) 3.2.2 转子 (4) 3.2.3 气隙 (4) 3.3 异步电动机的结构特点 (5) 3.4 转子串电阻启动的原理 (5) 3.5 启动电阻的使用原则 (5) 4 课程设计的目的 (5) 5 主接线图 (6) 5.1三相异步电动机转子串电阻启动主接线图 (6) 5.2绕线式的作用以及优缺点 (6) 6 硬件系统的设置 (6) 6.1 资源配置 (6) 6.2 PLC接线图 (7) 7 主程序设置 (7) 7.1 主程序梯形图 (7) 7.2 工作过程分析 (9) 8模拟软件上仿真动作与实验面板上调试演示结果 (10) 9课程设计总结 (11) 参考文献 (12)
三相异步电动机转子串电阻启动 三相异步电动机转子串电阻启动 指导教师 摘要：PLC在三相异步电机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，该电路主要以性能稳定、简单实用为目的。 关键词：PLC；编程语言；三相异步电机；继电器 Three-phase Asynchronous Motor Rotor String Resistance Start Student majoring in Automation Liu Tong Tutor Zhou Jing Lei Abstract：PLC in three-phase asynchronous motor control application, compared with the traditional relay control, has control of speed, high reliability and flexibility, the perfect function etc. Long-term since, PLC is always in the industrial automation control field, igge for various automatic control equipment provides a very reliable control applications. It can provide security for automation control application reliable and comparatively perfect solutions, suitable for the current industrial enterprise of automation needs. This paper introduces the design of three-phase asynchronous motor, the PLC control circuit, this circuit mainly stable performance, simple and practical for the purpose. Key words: PLC；programming languages,；three-phase asynchronous motor,；relays
同步电动机的起动 1.同步电机的基本原理 同步发电机和其它类型的旋转电机一样，由固定的定子和可旋转的转子两大部分组成。一般分为转场式同步电机和转枢式同步电机。 图1.1给出了最常用的转场式同步发电机的结构模型，其定子铁心的内圆均匀分布着定子槽，槽内嵌放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。这种同步电机的定子又称为电枢，定子铁心和绕组又称为电枢铁心和电枢绕组。 转子铁心上装有制成一定形状的成对磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相间的分布磁场，称为励磁磁场(也称主磁场、转子磁场) 气隙处于电枢内圆和转子磁极之间，气隙层的厚度和形状对电机内部磁场的分布和同步电机的性能有重大影响。 除了转场式同步电机外,还有转枢式同步电机，其磁极安装于定子上，而交流绕组分布于转子表面的槽内，这种同步电机的转子充当了电枢。图中用AX、BY、CZ三个在空间错开120 分布的线圈代表三相对称交流绕组。 图1.1同步电机结构模型 1.1工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主
磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 感应电势有效值：每相感应电势的有效值为E0 =4.44fNψ Φ 感应电势频率:感应电势的频率决定于同步电机的转速n和极对数p ，即 f=pn/60 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。 1.2同步转速 同步转速从供电品质考虑，由众多同步发电机并联构成的交流电网的频率应该是一个不变的值，这就要求发电机的频率应该和电网的频率一致。我国电网的频率为50Hz ，故有： n=60f/p=3000/p 要使得发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为某些固定值，这些固定值称为同步转速。例如2极电机的同步转速为3000r/min，4极电机的同步转速为1500r/min，依次类推。只有运行于同步转速，同步电机才能正常运行，这也是同步电机名称的由来。 1.3运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 分析表明，同步电机运行于哪一种状态，主要取决于定子合成磁场与转子主极磁场之间的夹角δ，δ称为功率角。
7.2.2 直流电动机工作原理与结构 图7-4 直流电动机模型 图7-4是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。
图7-5 换向器在直流电机中的作用 当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷A流入，而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b，再从c流向d。我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。当电枢在图7-5（a）所示的位置时，线圈ab边的电流从a流向b，用表示，cd边的电流从c流向d，用⊙表示。根据左手定则可以判断出，ab边受力的方向是从右向左，而cd边受力的方向是从左向右。这样，在电枢上就产生了反时针方向的转矩，因此电枢就将沿着反时针方向转动起来。 当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图7-5（b）所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。
课程设计名称：电机与拖动课程设计 题目：绕线型三相异步电动机串电阻启动 专业：电气工程及其自动化 班级：电气09-1 姓名： XXX 学号：XXXXXXXXXX XXXX大学 课程设计成绩评定表
摘要 三相异步电动机是交流电机的一种，主要用作电动机使用，因其结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便，是当前工农业当中应用最普遍的电动机。但是启动电流大是所有电动机启动的共性，电动机启动过程要求启动电流不能超出允许范围而且启动转矩不能太小，启动电流过大可能导致绕组烧坏，启动转矩太小会导致电动机启动过程缓慢甚至不能启动。所以，研究一种可行而适用易操作的启动方案就变得十分必要了。本课题研究绕线型三相异步电动机的电枢串电阻启动，通过理论计算，给出启动级数、各级启动电阻等详细参数，以达到增加最初起动转矩，使电动机以最大转矩T起动，避免因直接起动产生较大电流而带来的危害，提高启动的平稳性的可观效果。 关键词：异步电动机电枢串电阻启动
目录 引言 (1) 1三相异步电动机 (2) 1.1 三相异步电动机的基本结构 (2) 1.1.1 定子 (2) 1.1.2 转子 (2) 1.2 三相异步电动机的工作原理 (2) 1.2.1 旋转磁场 (2) 1.2.2 电磁转矩的产生 (3) 1.3 异步电动机的启动方法 (3)
1.4 异步电动机的启动指标 (3) 2 绕线形异步电动机串电阻启动 (4) 2.1 启动过程分析 (4) 2.1.1 串联启动电阻Rst和Rst启动 (4) 2.1.2 切除启动电阻Rst2 (5) 2.1.3 切除启动电阻Rs1 (5) 2.2 启动电阻的计算 (5) 2.2.1 选择起动转矩Tst1和切换转矩Tst2…………………………… 5 2.2.2 求出起动转矩比β (5) 2.2.3 求出起动级数m (5) 2.2.4 重新计算β，校验T ,是否在规定范围内……………………… 7 2.2.5 求出转子每相绕组的电阻R (7) 2.2.6 计算各级总电阻 (7) 2.2.7 求出各级起动的电阻 (8) 3 实际例子分析 (9) 3.1 电动机相关参数 (9) 3.2 计算起动转矩T1 (9) 3.3 计算切换转矩T2 (9) 3.4 计算切换转矩比β (9) 3.5 计算起动级数 (9)