直流电机调速课程设计-直流电动机调速系统设计.doc

1、电机与拖动课程设计报告（20142015 学年 第二学期）题 目 直流电动机调速系统设计系 别 信息与控制工程系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 1204 学 号 3121010414 姓 名 刘鑫 指导教师 顾波 完成时间 2015 年 7 月 7 日 评定成绩 - 1 -课程设计任务书一、设计题目直流电动机调速设计二、设计任务一台他励直流电动机，参数如下：PN=4KWUaN=170VIaN=34.4AnN=1450r/minRL=0.0761 用其拖动通风机负载运行，若采用电枢串电阻调速时，要使转速降至1200r/min，试设计电枢电路中的调速电阻。2 用其拖动恒转矩负载运行，负载转矩

2、等于电动机的额定转矩，采用改变电枢电压调速时，要使转速降至 1000r/min，试设计电枢电压值。3 用其拖动恒功率负载运行，采用改变励磁电流调速，要使转速增至1800r/min，试设计 Ce 的值。三、设计计划电机与拖动课程设计共计 2 周内完成。第 1 周查资料，熟悉题目；第 2 周设计方案分析，具体按步骤进行设计及整理设计说明书；第 2 周最后一天答辩。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。指导教师：顾波教研室主任： 2015 年 6 月 10 日- 2 -目录课程设计任务书 .- 1 -第一章 直流电动机 .- 3 -第二章 直流电动机的结

3、构与工作原理 .- 4 -2.1 直流电动机的结构 .- 4 -2.2 直流电动机的工作原理 .- 6 -第三章 他励直流电动机的调速 .- 7 -3.1 调速指标 .- 7 -3.2 电枢串电阻调速 .- 7 -3.3 改变电枢电源电压调速 .- 7 -3.4 弱磁调速 .- 8 -第四章 课程设计内容 .- 10 -结论 .- 12 -设计体会 .- 13 -参考文献 .- 14 -致谢 .- 15 - 3 -第一章 直流电动机把电能转换为机械能的称为电动机。直流电动机的调速性能很好，起动转矩较大，特别是调速性能为交流电动机所不及。因此，在对电动机的调速性能和起动性能要求较高的生产机械上，

4、大都使用直流电动机进行拖动。但是，直流电动机的制造工艺复杂，生产成本较高，维护较困难，可靠性较差，所以，在现代工业的拖动系统中，直流电动机与交流电动机“各得其所”。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励 3 类，其中自励又分为并励、串励和复励 3 种。- 4 -第二章 直流电动机的结构与工作原理2.1 直流电动机的结构直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴

5、、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。图 2.1 直流电动机的结构1 定子结构（1）主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。图 2.2 主磁极结构铁心一般用 0.5mm1.5mm 厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上，（2）换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组

6、成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。- 5 -（3）机座电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。（4）电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端

7、盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。2 转子结构（1）电枢铁心电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由 0.5mm 厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。图 2.3 电枢铁心（2）电枢绕组电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两

8、层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。（3）换向器在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。- 6 -图 2.4 换向器结构（4）转轴 转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。2.2 直流电动机的工作原理图 2.3 直流电动机的工作原理图 如上图（a）所示，则有

9、直流电流从电刷 A 流入，经过线圈 abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体 ab 和 cd 收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如上图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片 2 接触，电刷 B 和换向片 1 接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体 ab 和 cd 受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向

10、却是不变的。- 7 -第三章 他励直流电动机的调速3.1 调速指标1.调速的技术指标（1）调速范围 ：指生产机械可能达到的最高转速 与最低转速之比 n ，用系数 D 表示。maxnmi（2）静差率： 当动机在某一机械特性上运转时，由理想空载增加到额定负载，电动机的转速降落与理想空载转速之比，就称为静差率。（3）平滑性：在一定范围内，调速的级数越多就认为调速越平滑。平滑程度用平滑系数 来衡量，相邻两级转速或线速度之比称为平滑系数。 值越接近于 1，则平滑性越好。（4）调速时的容许输出：容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩。2.调速的经济指标调速的经济指标

11、决定于调速系统的设备投资及运行费用，而运行费用又决定于调速过程的损耗，它可用设备的效率 来说明 P)2(P3.2 电枢串电阻调速电枢串电阻后，电阻上流过电流产生压降，电枢端电压降低。从图可知：电枢端电压的数值受负载影响很大，转速受负载的影响也很大，在空载时几乎没有调速作用。在负载 Tz下，串不同电阻得到不同转速，n 1 n2 n3 n4。从 n1将为 n2过程：电机在 a 点稳定运行，电枢电阻突增至 R2时 ,该瞬间 n、E a不能突变，I a及 M 减小，由ab，转矩 M 降为 M T z，系统加速 n 由 n 1上升达某一值时，使 E a 回升 引起 I a 回落 T 回落 直到 T=T z达新稳定点 B。弱磁调速的优点是设备简单，调节方便，运行效率也较高，适用于恒功率负载，缺点是励磁过弱时，机械特性的斜率大，转速稳定性差，拖动恒转矩负载时，可能会使电枢电流过大图 3.3 弱磁调速- 9 -在实际的电力拖动系统中可以将几种调速方法结合起来，这样，可以得到较宽的调速范围，电动机可以在调速范围之内任何转速上运行，而且调速时的损耗较小，运行效率较高，能很好的满足各种生产机械对调速的要求。