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他励直流电动机降压启动与串电阻启动分析与设计毕业论文

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他励直流电动机降压启动与串电阻启动分析与设计毕业论文

摘要：本文针对他励直流电动机降压启动与串电阻启动两种方法进行了深入的分析与设计。首先介绍了他励直流电动机的工作原理和特点，然后详细阐述了降压启动和串电阻启动的原理、设计方法及其优缺点。通过理论分析和实验验证，对比了两种启动方法在不同负载条件下的启动性能。最后，对实验结果进行了总结和分析，为实际工程应用提供了参考依据。本文共分为六个章节，包括他励直流电动机概述、降压启动原理及设计、串电阻启动原理及设计、两种启动方法性能对比、实验验证以及结论与展望。

前言：随着工业自动化程度的不断提高，电动机在各类机械设备中的应用越来越广泛。他励直流电动机因其良好的调速性能和较高的启动转矩，在工业生产中得到了广泛应用。然而，在启动过程中，由于电动机启动电流较大，容易对电网造成冲击，同时也会对电动机本身造成损害。因此，研究他励直流电动机的启动方法具有重要的实际意义。本文针对他励直流电动机降压启动与串电阻启动两种方法进行了深入的分析与设计，旨在为实际工程应用提供理论依据和技术支持。

第一章他励直流电动机概述

1.1他励直流电动机的结构与原理

他励直流电动机是一种广泛应用于工业和交通运输领域的电动机，其结构主要由电枢、磁极、换向器和电刷等部分组成。电枢是电动机的旋转部分，通常由铁心和线圈构成。在电枢中，线圈绕制在铁心上，形成电枢绕组。当电流通过电枢绕组时，根据电磁感应定律，电枢将产生磁场，从而在电机的磁极间产生电磁力。这种电磁力的方向由右手定则确定，即握住电枢，拇指指向电流方向，四指所指方向即为磁场方向。

磁极是电动机的固定部分，主要由铁心和永磁材料或电磁铁构成。永磁材料的磁极产生恒定磁场，而电磁铁的磁极则通过电流产生磁场。磁极之间的磁场是电动机产生转矩的关键。在实际应用中，磁极通常设计为N极和S极交替排列，形成均匀的磁场分布，从而提高电动机的效率和性能。

换向器是连接电枢绕组和外部电源的部件，它由一系列相互绝缘的铜片组成，这些铜片通过电刷与外部电路接触。当电刷在换向器上滑动时，会改变电枢绕组的连接方式，从而改变电流的方向。这种电流方向的改变使得电动机能够连续旋转。在实际工作中，换向器的设计和制造需要考虑到机械强度、电气性能和使用寿命等因素。

以某型号的1500V30kW他励直流电动机为例，该电动机的电枢由36个线圈组成，线圈总匝数为720匝，线圈直径为80mm。磁极采用高性能永磁材料，N极和S极交替排列，磁极间距为40mm。换向器由64片铜片组成，电刷采用碳刷材料。在正常工作电压下，该电动机的启动转矩可达150N·m，转速为1500r/min。通过合理设计电动机的结构和参数，可以有效提高电动机的运行效率和可靠性。

1.2他励直流电动机的特点与应用

(1)他励直流电动机具有卓越的调速性能，能够在宽广的范围内实现平滑无级调速。这一特点使得它广泛应用于需要精确控制速度的场合，如造纸、印刷、纺织、矿山等行业的各种机械设备。例如，在造纸工业中，他励直流电动机可以精确控制纸机的运行速度，从而保证纸张的厚度和均匀性；在印刷行业中，电动机的调速性能有助于实现印刷机的精确控制和纸张的快速传递。

(2)他励直流电动机的启动转矩大，启动性能优良。在启动过程中，电动机可以迅速达到额定转速，且启动过程中电流波动小，对电网的影响较小。这一特点使其在要求快速启动的场合具有明显优势。如在冶金行业，他励直流电动机用于驱动高炉、转炉等大型设备的启动，其大转矩特性能够确保设备快速、平稳地启动。此外，在船舶推进系统中，他励直流电动机的应用也得益于其强大的启动转矩和良好的调速性能。

(3)他励直流电动机具有较宽的负载范围和较高的过载能力。在运行过程中，电动机能够适应较大的负载变化，且在短时间内承受较大的过载电流。这使得它适用于负载变化频繁、启动频繁的场合。例如，在电梯、起重机和地铁等交通工具中，他励直流电动机的广泛应用得益于其优异的负载适应性和过载能力。在电梯运行过程中，电动机需要频繁地启动、停止和变速，而他励直流电动机的这些特性使其成为电梯的理想选择。

1.3他励直流电动机的调速方法

(1)他励直流电动机的调速方法主要分为电压调速、电流调速和串电阻调速。电压调速是通过改变电动机的供电电压来实现调速的，其优点是调速范围宽，控制简单，适用于对调速精度要求不高的场合。例如，在纺织机械中，电压调速可以用于调节纱线的张力，确保产品质量。

(2)电流调速是通过改变电动机的电枢电流来实现调速的，这种方法的特点