课程设计某型起重机拖动系统的设计.doc

1、课 程 设 计 任 务 书1设计目的：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统的基本原理，以及它与科学实验、生产实际之间的联系。通过学习使学生掌握常用交、直流电机、变压器及控制电机的基本结构和工作原理；掌握电力拖动系统的运行性能、分析计算，电动机选择及实验方法等。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：技术指标：本次设计拖动系统采用的是绕线式三相异步电动机：PN=60kw，nN=960r/min，UN=380V，I2N=71A，E2N=179V，Y接，m=2.26，提升重物速度v2=0.5m/s，下放重物速度v3=0.5m/s

2、。重物最大质量m=5000kg，吊钩质量m0=200kg，卷筒直径d=0.6m，提升重物时，提升机构传动效率c=0.85，总数比j=30，GDR2=125N m2，GD2=1.25 GDR2，拖动额定负载。设计要求： 计算参数，给出设计方案。 写出设计总结报告。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：设计启动、调速、运行三个过程，并给出设计方案启动参数计算 1. 确定启动级数 2.各级启动电阻的计算调速参数计算制动参数计算写出设计总结报告课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1 王秀丽.电机与拖动基础.化学工业出版社，20102 刘锦波.电机与拖动.清

3、华大学出版社，2006 3 胡虔生，胡敏强 .电机学.中国电力出版社，20095设计成果形式及要求：(1) 课程设计说明书;(2) 电路原理图(3) 参数计算及设计方案6工作计划及进度：2010年 12月 29日 1月 3日 资料调研1月 4日 1月 5 日 方案论证，进行详细设计 1月 6日 1月 7 日 完成设计总结报告（附完整电路图）1月 7日 答辩或成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日某型起重机拖动系统分析实验报告一、实验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统的基本原理，以及它与科学实验、生产实际之间的联系。通过学习使学生掌握

4、常用交、直流电机、变压器及控制电机的基本结构和工作原理；掌握电力拖动系统的运行性能、分析计算，电动机选择及实验方法等。二、实验内容（一）起重机拖动系统原理图图1 起重机拖动系统原理图（二）交流电动机的主要技术参数本次设计拖动系统采用的是绕线式三相异步电动机：PN=60kw，nN=960r/min，UN=380V，I2N=71A，E2N=179V，Y接，m=2.26，提升重物速度v2=0.5m/s，下放重物速度v3=0.5m/s。重物最大质量m=5000kg，吊钩质量m0=200kg，卷筒直径d=0.6m，提升重物时，提升机构传动效率c=0.85，总数比j=30，GDR2=125N m2，GD2

5、=1.25 GDR2，拖动额定负载。（三）速度图如图2所示图 2加速阶段为t1；t2为等速阶段：以v1速度匀速运行。t3为调速阶段：以v2速度匀速运行，v2=0.6v1。t4为减加速阶段：以最大减加速度减速，速度由v2变换到v3；t5为等速阶段：以v3匀速运行；t6为减速阶段：由v3减速到0。三、 设计方案以及相关原理叙述1.起重机拖动系统的运行方案（1）.加速阶段t1:该阶段是起动阶段，采用了转子串电阻的分级起动。（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=0.6v1,该阶段采用了改变转差率调速中的转子串电阻调速。（4）.减加速阶段t4：以最大减加

6、速度减速，速度由v2变换到v3，该阶段采用了定子两相反接的反接制动。（5）.为等速阶段t5：以v3匀速运行(6）.减速阶段t6：由v3减速到0，该阶段采用了定子两相反接的反接制动2 起重机拖动系统的起动方案绕线式三相异步电动机的起动方法有：转子串电阻的分级起动；转子串频敏变阻器的起动。为了使起动过程中转子转速的变化尽可能平稳，经分析在设计中选用了转子串电阻的分级起动。l 转子串电阻的分级起动的原理起动时，在转子电路串接起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子电阻增大也限制了起动电流；起动结束，切除转子所串电阻。为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，需分几级切除起动电阻。起动接线图和特性曲线

7、如图3所示。图3 绕线式异步电动机起动接线图和特性曲线 (1) 接触器触点KM1、KM2、KM3全断开(接触器的控制由第五篇电器控制技术讨论)，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻。如正确选取电阻的阻值，使转子回路的总电阻值=X1+X2(注意r2是转子一相绕组本身的电阻与串加电阻总和的折算值)，则由式Sm =r2/(X1+X2) 可知，此时Sm=1,最大Temax=3pU12/4f1(X1+X2) 就产生在电动机起动的瞬间，如图8.8中曲线0中a点，起动转矩Ts1。1(2) 由于Ts1TL (负载转矩)电动机加速到b点时，T=Ts2，为了加速起动过程，接触器KM1闭合，切除起动电阻R，特

8、性变为曲线1，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到c点，使该点T=Ts1。 (3) 因Ts1TL，转速沿曲线1继续上升，到d点时KM2闭合，R被切除，电动机运行点从d转变到特性曲线2上的e点。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线3加速，经h点，最后运行于i点(T=TL)。 上述起动过程中，转子三相绕组所接电阻平衡，另外三级平衡切除，故称为三级起动。在整个起动过程中产生的转矩都是比较大的，适合于容量较大的设备，重载起动的情况，广泛用于桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等重载设备；对于一些容量较小的设备，转子三相绕组所接电阻也可以不平衡，同样，在切除时，也要进行非平衡切换。转子串电

9、阻起动的缺点是所需起动设备较多，起动时有一部分能量消耗在起动电阻上，起动级数也较少。 注意：转子三相绕组所接电阻并非越大越好，若出现r2X1+X2的情况，即起动于图中特性曲线4上面，起动转矩T3,T3Tmax=Ts1。所以，转子三相绕组所接电阻要适当。3起重机拖动系统的调速方案绕线式三相异步电动机的调速方法有：变级调速；变频调速；改变转差率调速。变级调速有：从星形改成双星形，三角形改成双星形；变频调速有：从基频向下调变频调速 ，从基频向上调变频调 ；改变转差率调速有：改变定子电压调速 ，转子串电阻调速 ，串级调速 。通过分析，由于调速时间短，设计中选用了改变转差率调速中的转子串电阻调速。l 转

10、子串电阻调速的原理绕线转子异步电动机转子串电阻的机械特性如图4所示。转子串电阻时最大转矩不变，临界转差率加大。所串电阻越大，运行段特性斜率越大。若带恒转矩负载，原来运行在固有特性曲线1的a点上，在转子串电阻R1后，就运行的b点上，转速由na变为nb，依此类推。 图4转子串电阻调速的机械特性 根据电磁转矩参数表达式，当T为常数且电压不变时，则有r2/Sa=(r2+R1)/Sb= 常数 因而绕线转子异步电动机转子串电阻调速时调速电阻的计算公式为 R1=(Sb/Sa -1)/ r2 式中 Sa转子串电阻前电动机运行的转差率； Sb转子串入电阻R1后新稳态运行时电动机的转差率； r2转子每相绕组电阻

11、尽管绕线式异步电动机转子串电阻调速方案在低速时运行效率较低，但由于这种调速方式具有起动平滑、可以额定转矩起动、起动电流小、调速范围宽和投资小等优点，因而对于起动负载能在一定范围内得到应用。4.起重机拖动系统的制动方案制动指的是电磁转矩与转子转速方向相反的一种运行状态。绕线式三相异步电动机的制动方法有：能耗制动，反接制动，回馈制动。反接制动有：转速反向的反接制动；定子两相反接的反接制动。通过分析在设计中，t4、t6都采用了转速反向的反接制动。l 转速反向的反接制动的原理转速反向的反接制动与直流电动机的电势反接制动相似。异步电动机带位能性负载，按正转接线，转子回路串入较大电阻Rf，机械特性的最大转

12、矩点到了第IV象限。当接通电源，电动机的起动转矩的方向与重物G产生的负载转矩相反，而且Tst1,P2为负），同时，定子又通过气隙向转子输送电功率，这两部分合起来消耗在转子电路的总电阻R2+Rf中。四、相关参数公式推导1启动参数计算机械特性的实用公式 T=2mTN/(Sm/S+S/Sm) 机械特性曲线S=Smm*TN/T-(m*TN/T)2-1)=Sm转矩函数：=m*TN/T-(m*TN/T)2-1)最大起动转矩TS1的转矩函数：1=m*TN/Ts1-(m*TN/ Ts1)2-1)切换转矩TS2的转矩函数：2=m*TN/Ts2-(m*TN/ Ts2)2-1)额定转矩TN的转矩函数：n=m -(m

13、2-1)代入数据得：n=0.2333取TS1=0.84m TN,取TS21.1 TN,SN=(n1-nN)/n1=0.04回路的总电阻之间的公比q=1/2=1.67级数m=ln(n/(1*sN)/lnq=5取m=5,重新计算q=4(n/(1* SN)=1.672=1/q=0.2929 Ts2=2m*2/(1+22)=1.2193 TN1.1 TN满足条件，所以m=5，q=1.67r2= SN E2N/3I2N=0.0582各级起动时的转子回路总电阻: R1=q1 r2=0.0972 R2=q2 r2=0.1623 R3=q3r2=0.2711 R4=q4 r2=0.4527 R5=q5 r2=

14、0.7560 各级起动时转子回路外串起动电阻： Rz1=R1-r2=0.0138 Rz2=R2- Rz1=0.0651 Rz3=R3-Rz2=0.1087 Rz4=R4-Rz3=0.1815 Rz5=R5-Rz4=0.3033 2调速参数计算 n1=60*f1/p=1000r/min SN=(n1-nN)/n1=(1000-960)/1000=0.04 v2=0.5m/s nB=j*v2*60/d=478r/min v3=-0.5m/s nC=j*v3*60/d= -478r/min v1=v2/0.6 nA=nB/0.6=796r/minsA=(n1-nA)/N1=0.204 sB=(n1-

15、nB)/n1=0.522 sB/sA=(r2+R 1)/r2 解得 R 1=(sB/sA-1)*r2=0.093制动参数计算（1）t4阶段用的是转速反向的反接制动：=83.333rad/snB= *60/2=796r/minnC=0.6*nB=-478r/minsA=(1000-796)/1000=0.204sB=(1000-476)/1000=0.522sB/sC=（r2+ R1）/（r2+ R1+R2）得 R2=0.2714 (2) t6阶段用的是转速反向的反接制动SD=(n1-0)/n1=1 SC/SD=（r2+ R1+R2）/( r2+ R1+R2+ R3) R3=0.20 课程设计心

16、得：两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次电机拖动设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了电机拖动等设计等课程所学的内容，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。