他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速的分析設(shè)計(jì)電拖設(shè)計(jì)

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué) 電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目： 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的分析設(shè)計(jì) 院（系、部）： 電氣與控制工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí)： 電氣 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 日 期： 電氣工程系課程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分模板課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)期 姓名 專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí) 課程名稱 電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速的分析設(shè)計(jì) 成績(jī) 評(píng)分項(xiàng)目?jī)?yōu)良中及格不及格設(shè)計(jì)表現(xiàn)1.設(shè)計(jì)態(tài)度非常認(rèn)真認(rèn)真較認(rèn)真一般不認(rèn)真2.設(shè)計(jì)紀(jì)律嚴(yán)格遵守遵守基本遵守少量違反嚴(yán)重違反3.獨(dú)立工作能力強(qiáng)較強(qiáng)能獨(dú)立設(shè)計(jì)完成基本獨(dú)立設(shè)計(jì)完成不能獨(dú)立設(shè)計(jì)完成4.上交設(shè)計(jì)時(shí)間提早或按時(shí)按時(shí)遲交半天遲交一天遲交一天以

2、上設(shè)計(jì)說明書5.設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路清晰，結(jié)構(gòu)方案良好，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容完整，結(jié)果正確設(shè)計(jì)思路清晰，結(jié)構(gòu)方案合理，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容較完整，極少量錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思路較清晰，結(jié)構(gòu)方案基本合理，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有少量錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思路基本清晰，結(jié)構(gòu)方案基本合理，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有些錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思路不清晰，結(jié)構(gòu)方案不合理，關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)選擇有錯(cuò)誤，調(diào)理清楚，內(nèi)容不完整，有明顯錯(cuò)誤6.設(shè)計(jì)書寫、字體、排版規(guī)范、整潔、有條理，排版很好較規(guī)范、整潔、有條理，個(gè)別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，個(gè)別排版有問題基本規(guī)范、整潔、有條理，排版有

3、問題較多不規(guī)范、不整潔、無(wú)條理，排版有問題很大7.封面、目錄、參考文獻(xiàn)完整較完整基本完整缺項(xiàng)較多不完整圖紙8.繪圖效果很出色較出色一般較差很差9.布局合理、美觀較合理基本合理有些混亂布局混亂10.繪圖工程標(biāo)準(zhǔn)符合標(biāo)準(zhǔn)較符合標(biāo)準(zhǔn)基本符合標(biāo)準(zhǔn)個(gè)別不符合標(biāo)準(zhǔn)完全不符合標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定說明：不及格標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)內(nèi)容一項(xiàng)否決制，即5為不及格，整個(gè)設(shè)計(jì)不及格，其他4項(xiàng)否決；優(yōu)、良、中、及格標(biāo)準(zhǔn)：以設(shè)計(jì)內(nèi)容為主體，其他項(xiàng)超過三分之一為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，否則評(píng)定為下一等級(jí)；如優(yōu)秀評(píng)定，設(shè)計(jì)內(nèi)容要符合5，其余九項(xiàng)要有4項(xiàng)符合才能評(píng)定為優(yōu)，否則評(píng)定為良好，以此類推。最終成績(jī)： 評(píng)定教師簽字：課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目直流電動(dòng)機(jī)串電阻

4、起動(dòng)分析與設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)一臺(tái)z4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，pan=7.5kw，uan=440v，ian =20.4a， nn =2980r/min。1、 介紹改變電樞回路串電阻和降低電壓進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法原理和調(diào)速過程，并做出調(diào)速過程機(jī)械特性圖。2、 根據(jù)已知電機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速的參數(shù)設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)計(jì)劃電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)共計(jì)1周內(nèi)完成：1、第12天查資料,熟悉題目；2、第35天方案分析,具體按步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)及整理設(shè)計(jì)說明書；3、第6天準(zhǔn)備答辯；4、第7天答辯。四、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)工作量為完成設(shè)計(jì)說明書一份；2、設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃按期完成；3、設(shè)計(jì)說明書必須經(jīng)指導(dǎo)教師審查簽字方可答辯。指 導(dǎo) 教師：

5、劉春喜 王繼強(qiáng) 李國(guó)華 楊禎教研室主任：李洪珠時(shí) 間：2013年 6 月26 日摘 要直流電機(jī)是人類最早發(fā)明的和應(yīng)用的一種電機(jī)，是生產(chǎn)和使用直流電能的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換機(jī)械。直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好、啟動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于啟動(dòng)和調(diào)速要求高的機(jī)械上。直流發(fā)電機(jī)可以作為各種直流電源。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可控硅整流電源在生產(chǎn)上的應(yīng)用越來越廣泛，大有取代直流發(fā)電機(jī)的趨勢(shì)。反過來，由于利用了可控硅整流電源，使直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用增加了一個(gè)有利因素，而配合直流電動(dòng)機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)也正在迅速發(fā)展。本文主要介紹他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的有關(guān)方法機(jī)器參數(shù)設(shè)計(jì).。關(guān)鍵字：直流電機(jī) 調(diào)速 串電阻 降壓

6、參數(shù)設(shè)計(jì)目 錄1引言22 直流電動(dòng)機(jī)基本介紹22.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)22.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理32.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性42.3.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有特性42.3.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為特性43他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法63.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的降電壓調(diào)速63.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的串電阻調(diào)速63.3改變勵(lì)磁電流調(diào)速74他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的參數(shù)設(shè)計(jì)84.1采用串接電阻進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速的參數(shù)設(shè)計(jì)84.2采用降壓調(diào)速進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速的參數(shù)設(shè)計(jì)84.3采用改變勵(lì)磁電流調(diào)速參數(shù)設(shè)計(jì)95 結(jié)論10參考文獻(xiàn)111引言與交流電機(jī)相比，直流電機(jī)擁有更好的調(diào)速性能，其能在寬廣的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此多用于對(duì)調(diào)

7、速要求高的場(chǎng)合。有機(jī)械特性可知，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)可以通過改變電樞電壓，在電樞回路串接電阻以及改變每極磁通來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。因此他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速有三種基本的方法。2 直流電動(dòng)機(jī)基本介紹輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，稱為直流電動(dòng)機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)。2.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構(gòu)造的主要特點(diǎn)是具有一個(gè)帶換向器的電樞。直流電機(jī)的定子由機(jī)座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部件，由永磁體或帶有直流勵(lì)磁繞組的疊片鐵心構(gòu)成。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成。其中電樞由電樞鐵心

8、和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則嵌置于這些槽中。換向器的的作用是將電樞線圈中的交流變換為電刷間的直流或?qū)㈦娝㈤g的直流逆變?yōu)殡姌芯€圈中的交流。換向器質(zhì)量對(duì)運(yùn)行可靠性有很大影響。1直流電機(jī)總圖；2后端蓋；3通風(fēng)器；4定子總圖；5轉(zhuǎn)子（電樞）；6電刷裝置；7前端蓋。2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖2-1是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖，電刷間接直流電源。電樞旋轉(zhuǎn)輸出機(jī)械能，完成電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換。電流從正極流入電刷a，經(jīng)過電樞abcd流出回到電源負(fù)極。有電磁力定律可知ab、cd受力為其中i為abcd中流過電流。由右手定則判斷ab、cd受力方向相反。產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

9、當(dāng)電樞轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180，電流從cd流向ab，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。 圖2-1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本方程其中u是電樞兩端電壓，ia是電樞電流，ea是電樞感應(yīng)電勢(shì)，tem是電磁轉(zhuǎn)矩，t2是轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩，t0是空載轉(zhuǎn)矩。2.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能的主要表現(xiàn)，是指電動(dòng)機(jī)電樞上加上一定的u和一定的勵(lì)磁電流if時(shí)，轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩tem的關(guān)系，即n=f(tem) 。2.3.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有特性當(dāng)電樞兩端加額定電壓，氣隙每極磁通量為額定值，電樞回路不串電阻時(shí)的機(jī)械特性，稱為固有機(jī)械特性。其表達(dá)為式1-5-1。圖1-5-1為他勵(lì)直

10、流電動(dòng)機(jī)的固有特性曲線。由于電阻ra很小，所以機(jī)械特性的斜率很小，硬度很大，固有特性為硬特性。圖中，n對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài)，說明了電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)行能力。 （ 公式1-5-1） 圖1-5-1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性2.3.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為特性 人為地改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串聯(lián)的電阻r的大小、電樞端電壓u以及勵(lì)磁磁通，都可以使其機(jī)械特性發(fā)生改變，這些由人為原因改變的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。1電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性在電樞電路中串入一外接電阻r，由公式1-5-1可知理想空載轉(zhuǎn)速 n。不變,增加,減小,機(jī)械特性如圖1-5。 圖1-5-2電樞回路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性 2.

11、改變電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性u(píng)a降低時(shí)，n。減小，不變，不變，人為特性如圖1-5-2，機(jī)械特性平行下移。圖1-5-2降低電樞電壓時(shí)的人為機(jī)械特性3改變氣隙每極磁通時(shí)的人為機(jī)械特性減小勵(lì)磁電流i f,則磁通減小,n。增加，增加，人為特性如圖1-5-3。圖1-5-3改變氣隙每極磁通時(shí)的人為機(jī)械特性3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法3.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的降電壓調(diào)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路不串接電阻，由一可調(diào)節(jié)的直流電源向電樞供電，最高電壓不應(yīng)超過額定電壓。勵(lì)磁繞組由另一電源供電，一般保持勵(lì)磁磁通為額定值。電樞電源電壓不同時(shí)。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速上，稱為降壓調(diào)速。如圖2-1所示，圖中的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩

12、負(fù)載。 圖2-1 以電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為例說明減速過程：減速開始前，電動(dòng)機(jī)工作在a點(diǎn)，當(dāng)電壓降低到u1時(shí)，由于慣性，n不會(huì)發(fā)生突變，電樞感應(yīng)電勢(shì)ea=cenn不變，而電樞電流ia=減小，電磁轉(zhuǎn)矩tem=ctnia減小，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入減速過程，隨著速度降低，ea逐漸降低，tem逐漸增加至于tl相等，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在a2點(diǎn)，調(diào)速過程結(jié)束。 3.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的串電阻調(diào)速他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，保持電壓u=un，磁通=n不變，在電樞回路串入不同的電阻r時(shí)，電動(dòng)及運(yùn)行在不同的轉(zhuǎn)速，如圖2-2所示。 圖2-2從圖2-1可以看到，當(dāng)電樞回路串入電阻r時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的斜率將增大，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性

13、的交點(diǎn)將下移，即電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速降低。以電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為例說明調(diào)速過程：電機(jī)拖動(dòng)恒定負(fù)載在固有機(jī)械特性曲線上a點(diǎn)運(yùn)行，當(dāng)電樞回路串入電阻r1時(shí)，轉(zhuǎn)速n不會(huì)發(fā)生突變，電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ea=cenn不變，電樞電流ia=減小，電磁轉(zhuǎn)矩tem減小電動(dòng)機(jī)進(jìn)入減速過程，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作點(diǎn)有a變?yōu)閍1點(diǎn)。減速過程結(jié)束3.3改變勵(lì)磁電流調(diào)速保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電源電壓不變，電樞回路也不串接電阻，在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不很大（小于額定轉(zhuǎn)矩）時(shí)，減少直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通，可使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，其帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)弱磁調(diào)速，如圖2-3所示。從圖2-3中可以看出，當(dāng)勵(lì)磁磁通為額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)為a，

14、轉(zhuǎn)速為n；勵(lì)磁磁通減少時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速增大，同時(shí)機(jī)械特性斜率也變大，交點(diǎn)為a1，轉(zhuǎn)速為n1；勵(lì)磁磁通減少為時(shí)，交點(diǎn)為a2，轉(zhuǎn)速為n2 。弱磁調(diào)速的范圍是在額定轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)所允許最高轉(zhuǎn)速之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，至于電動(dòng)機(jī)所允許最高轉(zhuǎn)速值是受換向與機(jī)械強(qiáng)度所限制，一般約為1.2 nn左右，特殊設(shè)計(jì)的調(diào)速電動(dòng)機(jī)，可達(dá)3 nn或更高。單獨(dú)使用弱磁調(diào)速方法，調(diào)速的范圍不會(huì)很大。采用改變勵(lì)磁電流調(diào)速，調(diào)速方向?yàn)橥险{(diào)，因?yàn)閯?lì)磁電流不能超過額定值；調(diào)速的平滑性好，只要均勻調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；調(diào)速的穩(wěn)定性好，勵(lì)磁電流減小時(shí)，機(jī)械特性硬度下降，理想空載轉(zhuǎn)速增加，靜差率不變；調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性好，運(yùn)行費(fèi)用低，但

15、初投資大；調(diào)速范圍不大。 4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的參數(shù)設(shè)計(jì)一臺(tái)z4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，pan=7.5kw，uan=440v，ian =20.4a， nn =2980r/min。拖動(dòng)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行在額定狀態(tài)。4.1采用串接電阻進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速的參數(shù)設(shè)計(jì)估算電樞回路電阻ra在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)速降為n1時(shí)由此求得4.2采用降壓調(diào)速進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速的參數(shù)設(shè)計(jì)由3.1求得，。拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變轉(zhuǎn)速降到n1時(shí)由此求得降低電壓后電壓后的電壓為4.3采用改變勵(lì)磁電流調(diào)速參數(shù)設(shè)計(jì)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒功率負(fù)載，采用改變勵(lì)磁電流調(diào)速，將電壓調(diào)至n1轉(zhuǎn)。由上步1 求得：，由于恒功率負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，故忽略空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，調(diào)速成后的電磁轉(zhuǎn)矩為：將數(shù)據(jù)代入中，整理求得5 結(jié)論直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的具體方法：改變電樞電阻調(diào)速；改變電樞電壓；改變勵(lì)磁電流調(diào)速。此外，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的在于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在進(jìn)行調(diào)速時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、電樞回路串的電阻越大，機(jī)械特性斜率越大