提升机电力拖动系统

课程设计说明书

一．课程设计的目的

电机与电力拖动基础是工业自动化专业的一门主要专业基础课.它主要是研究电机与电力拖动系数的基本原理,以及它与科学实验、生产实际之间的联系。

电机与电力拖动基础课程设计是理论教学之后的一个实践环节,通过完成一定的工程设计任务,学会运用本课程设计所学的基本理论解决工程技术问题,为学习后续有关课程打好必要的基础。

二、课程设计的主要内容

题目：提升机主电路的设计

内容：提升机电力拖动系统原理图：

各级传动机构速比：j1?3、j2?3.5、j3?4 各级齿轮传动效率：??0.95

222各轴飞轮距：GDR?123N.m2、GD12?49N.m2、GD2?40N.m2、GDm?465N.m2

卷筒直径：d?0.6m 吊钩质量：m0?200kg

他励直流电动机：PN?20kW、UN?220V、IN?110A、nN?1100r/min 重物质量：m?3500kg

提升机电力拖动系统速度图：

1．加速阶段t1： 以最大加速度加速，速度由0增加到v1，当v=v1时，电机工作在固有

特性上。 2．

等速阶段t2：

以v1速度匀速运行。 3．调速阶段t3：

以v2速度匀速运行，v2 =0.8v1。 4．减速阶段t4：

以最大减加速度减速，速度由v2减小0。 相关参数的计算

电机的输出转矩 ： TL?Tmeq=

Tm5439N?m?151N?m =3j?C3?3.5?4?0.952R22GDmGD12GD2飞轮矩的折算： GD?GD?2? ?22j1(j1j2)(j1j2jm)2 =123+总的负载转矩为 ：

4940465N?m=129.07N?m ++2223(3?3.5)(3?3.5?4)

Tm?1d10.6(mo?m)g?(200?3500)?9.8?N?m?5440N?m 2222传动机构损耗转矩为： ?T?GRGR??151?129.5?21.5N?m j?cj三、设计方案论证

⑴ 串电阻分级启动

电压不变，在电枢回路中串接电阻Rst也可以达到限制起动电流的目的，如果起动电流产生的起动转矩M st大于负载转矩Mz，电动机就按一定的加速度旋转起来，使n不断升高，Ea逐渐增大，电枢电流与电磁转矩逐渐减小，电动机的加速作用也逐渐减小，致使转速的上升速度缓慢，起动过程延长，想要保持起动过程电动机加速度不变，必须要求电动机的电枢电流和电磁转矩在起动过程中保持不变，也就是随着电动机转速n的增加，电枢回路串接的起动，电阻Rst，平滑均匀的减小，这一点实在很难达到，通常只能把串接的电阻分成若干段，分段切除，切除方法，可用自动控制也可用手动控制。串接在电枢回路中用以限制起动电流的电阻称为起动电阻，以Rst或rst表示。为了把起动电流限制在最大允许值I1，电枢回路中应串入的起动电阻值为：Rst=

UN-Ra I1启动后如果仍把Rst串在电枢回路中，则电机就会在电枢串电阻Rst的人为机械特性上以低速运行。为了使电动机能运转在固有机械特性上，应把Rst切除。若把Rst一次全部切除，会引起过大的电流冲击。为保证在启动过程中电枢电流不超过最大的允许值，可以先切除一部分，待转速上升后再切除一部分，如此逐步地每次切除一部分，直到Rst全部被切除为止。这种启动方法称为串电阻分级启动。

（2）等速阶段

以启动结束后的速度V1匀速运行。, （3）调速阶段

采用串电阻法调速：

他励直流电动机保持电源电压和气隙磁通为额定值，在电枢回路中串入不同阻值的电阻时，可以得到其人为机械特性。它们与负载机械特性上运行时，可以得到不同的转速。外串电阻Rc的阻值越大，机械特性的斜率就越大，电动机的转速也越低。

电枢回路串电阻调速时，如果负载转矩TL，为常数，那么当电动机在不同的转速下稳定运行时，由于电磁转矩都与负载转矩相等，因此电枢电流即Ia与n无关。若TL=TN，则Ia将保持额定值IN不变。在额定负载下，电枢串电阻调

速时能达到的最高转速为额定转速，所以其调速方向是基速向下的。

（4）电动机的制动

采用能耗制动方式

他励直流电动机拖动反抗性负载运行时，采用能耗制动可使系统迅速停车。能耗制动过程利用电动机从电网上断开以后系统存储的动能来产生电磁制动转矩。制动时，保持励磁电流不变，将接触器触点JC1断开，使电枢脱离电源。与此同时，将触点JC2闭合，把电枢并联到用于制动外接电阻Rb上。能耗制动开始瞬间的电枢电流|Ia|与电枢回路的总电阻Ra+Rc成反比。外串电阻Rc越小，|Ia|及|T|就越大，制动效果好，停车迅速。

由于机械惯性的作用，电动机转速 n及电枢反电势Ea均保持切换前的数值不变，此时电压U=0。根据电枢回路电压平衡方程，制动开始瞬间电枢电流Ia.。可见，电枢电流的实际方向与电动状态时相反。相应的电磁转矩M=CmфeIa＜0，也与电动状态时的方向相反。也就是说这时电磁转矩M与转速n的方向相反，为制动性质，致使系统减速进而停车。

四、计算与分析

1.加速阶段，选用电枢回路串电阻启动

最大启动电流I1以及切换电流I2都有要求，I1通常的范围为I1=（1.5~2）IN，I2=（1.1~1.2）IN，因为在设计过程中不知道是几级启动，试选了I1=2 IN，I2=1.14IN

启动时电枢总电阻为： Ram?UN220??1.00? Ism2?1101UNIN?PN1220?110?20?103?电枢电阻： Ra==?=0.176Ω 2222110IN??2InI12???1.754 I21.14In1.14