《电机与电力拖动基础》课程设计报告
专业： 电气工程及其自动化
班级： （三）班
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课题1 直流电动机起动与调速设计
（一）课题设计原理
直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机以其良好的启动性和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常作为励磁电源。与交流电机相比直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。
直流电动机的励磁方式不同会使直流电动机的运行性能产生很大差异。按照励磁方式的不同，直流电动机可分为他励、并励、串励、复励电动机。 直流电动机的机械特性是指电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：n?f(Tem)。 电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。
当电磁转矩与转速的方向相同时，电机运行于电动机状态，当电磁转矩与转速方向相反时，电机运行于制动状态。
（二）直流他励电动机的机械特性
电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性。
固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为：
固有机械特性如下图曲线所示，由此可知他励直流电动机固有机械特性较“硬”。
他励直流电动机串电阻时的机械特性
人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。
1、增加电枢电路电阻时的人为特性； 2、降低电枢电压时的认为特性； 3、减小励磁电流时的认为特性。
（三）直流他励电动机的起动
1、直流他励电动机为什么不能直接起动？
①、起动开始时：n=0,Ea=CeΦn=0;
②、电枢电流：Ia=(U-Ea)/Ra=U/Ra Ra一般很小。 这样大的起动电流会引起后果：
①、电机换向困难，产生严重的火花；
②、过大转矩将损坏拖动系统的传动机构和电机电枢； ③、供电线路产生很大的压降。变频器整流回路的启动电阻
结论：因此必须采取适当的措施限制起动电流，除容量极小的电机外，绝不允许直接起动
2、直流他励电动机的起动方法： ①、降低电枢电压起动：
起动时加上励磁电压，保持励磁电流为额定值不变，电枢电压从零逐渐升高至额定值。
优点：起动平稳，起动过程中的能量损耗小。易于实现现代化。 缺点：初期投资大。（这种方法适用于电动机的直流电源是可调的。） ②、增加电枢电阻起动：
额定功率较小的电机可以采用在电枢电路内串联起动变阻器的无级方法起动。启动前先把启动变阻器调到最大值不变，加上励磁电压，保持励磁电流为额定值不变。再接通电枢电源，电动机开始起动。随着转速的升高，逐渐减小起动变阻器的电阻，直到全部切除。
额定功率较大的电动机一般采用分级起动的方法，以保证起动过程中既有比较大的起动转矩，又使起动电流不超过允许值。
分级起动步骤：
1）串联起动电阻Rst1和Rst2起动：
起动前开关S1和S2断开，使得电枢电路中串入电阻Rst1和Rst2，加上电枢电路自身的电阻R0，电枢电路的总阻值为R2=Ra+Rst1+Rst2，这时起动电流为：I=U/R2=U/(Ra+Rst1+Rst2)，加上励磁电压Uf，保持励磁电流If为额定值不变，然后加上电枢电压Ua，这时电动机的机械特性如图（b）中的的人为特性a。由于起动转矩T1远大于负载转矩TL，电动机拖动生产机械开始起动，工作点沿人为特性a由a1点向a2点移动。 2）切除起动电阻Rst2： 当工作点到达a2点，即电磁转矩T等于切换转矩T2时，合上开关S2，
切除起动电阻Rst2，电枢电路的总电阻变为
R2=Ra+Rst1
这时电动机的机械特性变为人为特性b，切除Rst2的瞬间，转速来不及改变，工作点有特性a上的a2点平移到b上的b1，使这时的电磁转矩T仍等于T1，电动机继续加速，工作点沿特性b由b1点向b2点移动。 3）切除起动电阻Rst1：
当工作点到达b2点，即电磁转矩T又等于切换转矩T2时，合上开关
S1,切除起动电阻Rst1，电枢电路的总阻值变为
R2=Ra
机械特性变为固有特性c。工作点由b2点平移至c1点，使得这是的电磁转矩T仍正好等于T1，电动机继续加速，工作点沿人为特性c由c1点经c2点，最后稳定运行在p点。整个起动过程结束。
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