電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理1</p><p>　　1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1</p><p>　　1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理2</p><p>　　2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)4</p><p>　　2.1電樞回路中的電壓平衡方程4&l

2、t;/p><p>　　2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性4</p><p>　　3.電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo)6</p><p>　　3.1調(diào)速范圍D6</p><p>　　3.2靜差率（調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性）δ%6</p><p>　　3.3調(diào)速的平滑性6</p><p>　　3.4調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性。6

3、</p><p>　　4.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速8</p><p>　　4.1改變電樞回路電壓調(diào)速8</p><p><b>　　4.2調(diào)速性能8</b></p><p>　　5 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容10</p><p><b>　　總 結(jié)12</b></p>

4、<p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p>　　1.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理</p><p>　　1.1直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) </p><p><b>　　1．定子</b></p><p>　　圖1-1直流電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　直

5、流電機(jī)的定子由以下幾部分組成:</p><p><b>　　主磁極</b></p><p>　　由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組兩部分組成，其主要任務(wù)是產(chǎn)生主磁場(chǎng)。磁極下面擴(kuò)大的部分稱為極掌，它的作用是使通過(guò)空氣中的磁通分布最為合適，并使勵(lì)磁繞組能牢固地固定在鐵心上。主磁極鐵心是磁路的一部分，采用1.0~1.5mm厚的鋼片疊壓制成。勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞成。</p>

6、<p><b>　　換向磁極</b></p><p>　　簡(jiǎn)稱換向極。它是位于主磁極之間的比較小的磁極，也是由鐵心和繞組兩部分構(gòu)成的，用螺桿固定在定子的兩個(gè)主磁極的中間。換向極用來(lái)改善電樞電流的換向性能。</p><p><b>　　機(jī)座</b></p><p>　　用鑄鋼或厚鋼板制成，機(jī)座一方面用來(lái)固定主磁極

7、，換向極和端蓋等，并作整個(gè)電機(jī)的支架，另一方面也是電機(jī)磁路的一部分。</p><p><b>　　端蓋等</b></p><p>　　機(jī)座的兩邊各有一個(gè)端蓋。端蓋的中心處裝有軸承，用來(lái)支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸。電刷插在電刷架的刷握中，頂上有一個(gè)彈簧壓板，使電刷在換向器上保持一定的接觸壓力。電刷架固定在端蓋上。</p><p><b>　　2．轉(zhuǎn)

8、子</b></p><p>　　1-1直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括以下幾部分：</p><p><b>　　電樞鐵心</b></p><p>　　電樞鐵心是主磁極的一部分，用硅鋼片疊成，呈圓柱形，表面有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。為了加強(qiáng)鐵心的冷卻，電樞鐵心上有軸向通

9、風(fēng)孔。</p><p><b>　　電樞繞組</b></p><p>　　電樞繞組是直流電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)及電磁轉(zhuǎn)距以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。繞組一般由銅線繞成，嵌入電樞鐵心的槽中，線圈的端部都接到換向片上。為了防止離心力將繞組甩出槽外，用槽楔將繞組導(dǎo)體楔在槽內(nèi)。</p><p><b>　　換向器</b></p>

10、;<p>　　換向器由很多彼此絕緣的銅片組合而成，每個(gè)換向片都和電樞繞組連接，外表呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。</p><p><b>　　電刷裝置</b></p><p>　　電刷裝置包括電刷及電刷座，它們固定在定子上，其電刷與換向器保持滑動(dòng)接觸，以便將電樞繞組和外電流接通。</p><p>　　1.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理&

11、lt;/p><p>　　圖1-2直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　圖1-2是一直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。N和S是一對(duì)固定不動(dòng)的磁極，用以產(chǎn)生所需要的磁場(chǎng)。在兩磁極間裝設(shè)一個(gè)可以繞Z-Z'軸而旋轉(zhuǎn)的繞組，在它上面裝有矩形的線圈abcd，這個(gè)部分通常叫做電樞。線圈的兩端分別接到叫做換向片的兩個(gè)半圓形銅環(huán)上。換向片之間是彼此絕緣的，它們和電樞裝在同一根軸上，可隨電樞一起轉(zhuǎn)動(dòng)。A和B是

12、兩個(gè)固定不動(dòng)的碳質(zhì)電刷，它們和換向片之間是滑動(dòng)接觸的。來(lái)自直流電源的電流就是通過(guò)電刷和換向片流到電樞的線圈里的。</p><p>　　當(dāng)電刷A和B分別與直流電源的正極和負(fù)極接通時(shí)，電流從電源正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，經(jīng)電刷B流回電源負(fù)極。這時(shí)線圈中的電流方向是從a流向b，再?gòu)腸流向d。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F，其方向用左手定則來(lái)判斷。電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)電樞繞組的ab邊轉(zhuǎn)

13、到了S極下，cd邊轉(zhuǎn)到了N極下時(shí)，由于連接在線圈兩端的銅片和電刷的作用，電樞繞組中的電流方向變成d-c-b-a的方向，使電機(jī)繼續(xù)按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　2.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電路如圖2-1所示，勵(lì)磁繞組和電樞繞組分別由兩個(gè)獨(dú)立電源供電。在勵(lì)磁電壓Uf的作用下，勵(lì)磁繞組中通過(guò)勵(lì)磁電流If，產(chǎn)生主磁極Ф。在電樞電壓

14、Ua的作用下，電樞繞組中通過(guò)電樞電流Ia。電樞電流與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械以某一轉(zhuǎn)速n運(yùn)轉(zhuǎn)。電樞旋轉(zhuǎn)切割磁感線產(chǎn)生反電勢(shì)E。</p><p><b>　　圖2-1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　圖2-1 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電路</p><p>　　2.1電樞回路中的電壓平衡方程</p><p>　　

15、Ua = E + IaRa</p><p><b>　　將式</b></p><p>　　E = CeФn 和 </p><p>　　代入，得到直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式：</p><p>　　式中，n0是電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速，?n是轉(zhuǎn)速差</p><p>　　?n = n0－n =T&l

16、t;/p><p>　　2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的一般表達(dá)式：</p><p>　　圖2-2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有特性</p><p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)固有特性如圖2-2所示，N點(diǎn)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的額定狀態(tài)。 額定狀態(tài)說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)行能力。M點(diǎn)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的臨界狀態(tài)，這時(shí)電樞電流Ia等于換向允許的最

17、大電樞電流Iamax=（1.5~2.0）IaN。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩TM是電動(dòng)機(jī)所允許的最大轉(zhuǎn)矩。臨界狀態(tài)說(shuō)明了電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過(guò)載能力。</p><p><b>　　機(jī)械特性斜率</b></p><p><b>　　機(jī)械特性硬度：</b></p><p><b>　　額定轉(zhuǎn)矩</b></p><

18、;p>　　3.電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo)</p><p>　　為了評(píng)價(jià)各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)調(diào)速方法提出了一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，通常稱為調(diào)速指標(biāo)。</p><p><b>　　3.1調(diào)速范圍D</b></p><p>　　調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下調(diào)速時(shí)，其最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比，用D來(lái)表示，即</p><p

19、>　　不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，如：車床D=20~100，龍門刨床D=10~40，軋鋼機(jī)D=1.2~3等。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax受電動(dòng)機(jī)的換向極及機(jī)械強(qiáng)度限制，最低轉(zhuǎn)速nmin受轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定性要求的限制。</p><p>　　3.2靜差率（調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性）δ%</p><p>　　靜差率指負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，轉(zhuǎn)速變化小

20、，穩(wěn)定性</p><p>　　靜差率δ%越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好；δ%與機(jī)械特性硬度和n0有關(guān)。</p><p><b>　　D與δ%相互制約：</b></p><p>　　靜差率δ%越小，調(diào)速范圍D越小，調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性越好；在保證一定的靜差率δ%指標(biāo)的前提下，要擴(kuò)大調(diào)速范圍D，須減少Δn，即提高了電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度。</p>&

21、lt;p><b>　　3.3調(diào)速的平滑性</b></p><p>　　調(diào)速的平滑性由一定的調(diào)速范圍內(nèi)能得到的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)來(lái)說(shuō)明。調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好，調(diào)速越平滑。相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比，為平滑系數(shù)：</p><p>　　平滑系數(shù)越接近1，平滑性越好，當(dāng)平滑系數(shù)越等于1時(shí)，平滑性最好，稱為無(wú)級(jí)調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時(shí)級(jí)數(shù)有限，稱為有

22、級(jí)調(diào)速。</p><p><b>　　3.4調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要指調(diào)速的投資、運(yùn)行效率及維修費(fèi)用等。</p><p>　　調(diào)速時(shí)電能的損耗除了要考慮電動(dòng)機(jī)本身的損耗外，還要考慮供電電源的效率。 </p><p>　　調(diào)速設(shè)備初投資應(yīng)該考慮電動(dòng)機(jī)和供電電源兩方面：</p>

23、<p>　　專門設(shè)計(jì)的改變磁通調(diào)速的電動(dòng)機(jī)成本較普通直流電機(jī)為高；降電樞電壓調(diào)速的大功率可調(diào)壓電源，成本也較高；調(diào)磁通調(diào)速一般也要專門配一可調(diào)壓電源，但容量要小，成本也低些。這樣綜合起來(lái)考慮，電樞串電阻調(diào)速設(shè)備成本最低，而改變電源電壓調(diào)速設(shè)備成本最高。 </p><p>　　4.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速</p><p>　　根據(jù)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：</p>&

24、lt;p>　　可見，當(dāng)電樞電流Ia不變時(shí)（即負(fù)載不變），只要在電樞電壓Ua，電樞電路中的附加電阻Ra和每極磁通Ф三個(gè)參數(shù)中任意改變一個(gè)，都能引起轉(zhuǎn)速的變化。</p><p>　　4.1改變電樞回路電壓調(diào)速</p><p>　　圖4-1 改變電樞回路電壓調(diào)速</p><p>　　保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)磁通Ф為額定值不變，電樞回路不串電阻，降低電樞的電源電壓為不同大小

25、時(shí)，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)者負(fù)載運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速上。</p><p>　　降低電源電壓，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度不變。這樣，比起電樞回路串電阻調(diào)速使機(jī)械特性變軟這一點(diǎn)，降低電源電壓可以使電動(dòng)機(jī)在低速范圍運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而變化的幅度較小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要好得多。 </p><p>　　降低電樞電壓時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖4-1所示。</p><p>　　現(xiàn)以電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為例。

26、調(diào)速前，系統(tǒng)工作在固有特性與負(fù)載特性的交點(diǎn)a上。Ua降低的瞬間，工作點(diǎn)由a平移到人為特性上的b點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在c點(diǎn)。顯然，Ua越小，n越低。Ua降低時(shí)，n0減小，β不變，α不變，機(jī)械特性平行下移。</p><p><b>　　4.2調(diào)速性能</b></p><p><b>　　調(diào)速方向是往下調(diào)。</b></p><p>

27、　　調(diào)速的平滑性好。只要均勻調(diào)節(jié)電樞電壓就可以實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。</p><p>　　調(diào)速的穩(wěn)定性好，但是隨著電樞電壓的減小，轉(zhuǎn)速的降低，穩(wěn)定性會(huì)逐漸變差。這是因?yàn)殡姌须妷旱臏p小時(shí)，機(jī)械特性硬度雖然不變，但是理想空載轉(zhuǎn)速降低，靜差率δ逐漸增大。</p><p>　　調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性初期投資大，需專用的可調(diào)壓直流電源，例如采用單獨(dú)的直流發(fā)動(dòng)機(jī)或晶閘管可控整流電源等，但運(yùn)行費(fèi)用不大。</p

28、><p><b>　　調(diào)速范圍較大。</b></p><p>　　調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。因?yàn)檎{(diào)速時(shí)的Ф基本不變，滿載電流即額定電流IaN一定，因此，如果不計(jì)低速時(shí)散熱能力較差，可以認(rèn)為各種轉(zhuǎn)速下允許輸出的轉(zhuǎn)矩相同，故為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。</p><p>　　總之，這是一種性能優(yōu)越的調(diào)速方法，廣泛應(yīng)用于對(duì)調(diào)速性能要求較高的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中。</

29、p><p><b>　　5 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　改變電樞回路電壓時(shí)轉(zhuǎn)速n的計(jì)算</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，參數(shù)如下</p><p><b>　　PN=11kW</b></

30、p><p><b>　　UaN=440V</b></p><p><b>　　IaN=31A</b></p><p>　　nN=1480r/min</p><p>　　用他拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。現(xiàn)采用改變電樞電壓調(diào)速。當(dāng)Ua降低20%時(shí)，即Ua=352V時(shí)，試求直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p>&

31、lt;p>　　例：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)， PN=11kW，UaN=440V，IaN=31A，nN=1480r/min，用他拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行?，F(xiàn)采用改變電樞電壓調(diào)速。P0忽略不計(jì)。試問(wèn)當(dāng)Ua降低20%時(shí)，即Ua=352V時(shí)，轉(zhuǎn)速為多少？</p><p><b>　　解：</b></p><p>　?。?）求出額定轉(zhuǎn)矩TN</p><p>　

32、?。?）求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E</p><p><b>　　忽略T0，則</b></p><p><b>　?。?）求CeФ</b></p><p><b>　　（4）求CTФ</b></p><p><b>　?。?）求Ra</b></p><

33、;p>　　（6）求Ua降低20%時(shí)的轉(zhuǎn)速n</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制已經(jīng)普遍出現(xiàn)在人類生活，生產(chǎn)和探索新技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，由于電能生產(chǎn)變換經(jīng)濟(jì)傳輸分配容量，使用控制方便，因而電力拖動(dòng)已廣泛應(yīng)用于各類生產(chǎn)機(jī)械，為了滿足電力拖動(dòng)調(diào)速機(jī)械的生產(chǎn)工藝要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生成率，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速

34、性能具有重要意義。</p><p>　　對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速還有改變電樞電阻調(diào)速，改變勵(lì)磁電流調(diào)速。不同的調(diào)速方法有各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的調(diào)速方法，以便更好的提高生產(chǎn)效率。也可以將幾種調(diào)速方法結(jié)合起來(lái)，利用各種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)，盡量避免各種調(diào)速的缺點(diǎn)，以得到較寬的調(diào)速范圍，使調(diào)速達(dá)到較小的損耗，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)達(dá)到較高的效率，更好的滿足各種生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求。</p&

35、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]林瑞光.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].浙江：浙江大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[2]李海發(fā).電機(jī)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2001</p><p>　　[3]唐介.電機(jī)與拖動(dòng)[M].第2版.北京：高等教育出版社，2007</p><p&