課程設(shè)計---直流電動機(jī)調(diào)速設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 直流電動機(jī)簡介1</p><p>　　2 直流電動機(jī)的相關(guān)內(nèi)容2</p><p>　　2.1 直流電動機(jī)的分類2</p><p>　　2.2 直流電動機(jī)用途2</p><p>　　2.3 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)2&l

2、t;/p><p>　　3 直流電動機(jī)調(diào)速簡介4</p><p>　　3.1 什么是調(diào)速4</p><p>　　3.2 調(diào)速的方法4</p><p>　　3.3 調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)4</p><p>　　3.4 調(diào)速的方法分類5</p><p>　　4 他厲直流電動機(jī)的調(diào)速方法6&

3、lt;/p><p>　　4.1 改變電樞電阻調(diào)速6</p><p>　　4.2 改變電樞電源電壓調(diào)速7</p><p>　　4.3 弱磁調(diào)速8</p><p>　　4.5 調(diào)速方式與負(fù)載類型的配合10</p><p>　　5 設(shè)計內(nèi)容11</p><p>　　5.1 電樞串接電阻

4、調(diào)速11</p><p>　　5.2 改變電壓調(diào)速12</p><p>　　5.3 采用改變勵磁電流調(diào)速12</p><p><b>　　6 結(jié)論13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　直流電動機(jī)調(diào)

5、速設(shè)計</b></p><p>　　1 直流電動機(jī)簡介</p><p>　　直流電動機(jī)是人類最早發(fā)明和應(yīng)用的電機(jī)。與交流電機(jī)相比，直流電機(jī)因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，價格較貴等缺點制約了它的發(fā)展，但是由于直流電動機(jī)具有優(yōu)良的起動，調(diào)速和制動性能，因此在工業(yè)領(lǐng)域中占有一席之地。它是實現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)。</p><p>　　2 直流電動機(jī)的相關(guān)內(nèi)容&

6、lt;/p><p>　　2.1 直流電動機(jī)的分類</p><p><b>　　1.他勵直流電動機(jī)</b></p><p><b>　　2.并勵直流電動機(jī)</b></p><p><b>　　3.串勵直流電動機(jī)</b></p><p><b>　　

7、4.復(fù)勵直流電動機(jī)</b></p><p>　　2.2 直流電動機(jī)用途</p><p>　　直流電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，調(diào)速范圍寬，精度高，平滑性好，且調(diào)節(jié)方便，還具有較高的過載能力和優(yōu)良的起動、制動性能，因此直流電動機(jī)特別適合于要求寬度調(diào)速范圍的電氣傳動和有特殊性能要求的自動控制系統(tǒng)，例如：軋鋼機(jī)、電力機(jī)、城市電車等。</p><p>　　直流電機(jī)

8、與交流電機(jī)相比，其主要的缺點是換向問題。它限制了直流電機(jī)的最大容量，增加了運(yùn)行維護(hù)工作量，也導(dǎo)致其制造成本較高。但目前仍有不少場合使用直流電動機(jī)。</p><p>　　2.3 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-1 直流電機(jī)裝配結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1—換向器 2—電刷裝置 3—機(jī)座 4—主磁極 5—換向極 6—端蓋 7—風(fēng)扇 8

9、—電樞繞組 9—電樞鐵心</p><p>　　直流電動機(jī)主要由磁極，電樞，換向器三部分組成。</p><p>　　磁極是電動機(jī)中產(chǎn)生磁場的裝置，它分為極心和極掌兩部分。極心上放置勵磁繞組，極掌的作用是使電動機(jī)空隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度得分布最為合適，并用來擋住勵磁繞組；磁極是用鋼片疊成的，固定在機(jī)座上；機(jī)座也是磁路的一部分。機(jī)座常用鑄鋼制成。</p><p>　　電樞。電樞

10、是電動機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分。直流電動機(jī)的電樞是旋轉(zhuǎn)的，電樞鐵心成圓柱狀，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中放有電樞繞組。</p><p>　　換向器。換向器是直流電動機(jī)的一種特殊裝置，主要有許多換向片組成，每兩個相鄰的換向片中間是絕緣片。在換向器的表面用彈簧壓著固定的電刷，使轉(zhuǎn)動的電樞繞組可以同外電路連接。換向器是直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，易于識別。 </p><p>　　3 直流電動機(jī)調(diào)速

11、簡介</p><p>　　3.1 什么是調(diào)速</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，為了提高生產(chǎn)率和滿足生產(chǎn)工藝的要求，生產(chǎn)機(jī)械需要在不同速度下運(yùn)行。例如：車床切削工件時，粗加工用低速，精加工用高速；軋鋼機(jī)在軋制不同鋼種和不同規(guī)格的鋼材時，需用不同的軋制速度。這些事例說明，生產(chǎn)機(jī)械的工作速度需要根據(jù)工藝要求而可以調(diào)節(jié)。</p><p>　　所謂調(diào)速，就是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械工

12、藝要求人為的改變電力拖動系統(tǒng)的速度。</p><p>　　3.2 調(diào)速的方法</p><p>　　1、機(jī)械調(diào)速：電動機(jī)的速度不改變，僅改變傳動機(jī)械的傳動比來改變工</p><p><b>　　作機(jī)構(gòu)的速度。</b></p><p>　　2、電氣調(diào)速：人為的改變電動機(jī)的參數(shù)，使同一個機(jī)械負(fù)載得到不同的</p>

13、<p><b>　　轉(zhuǎn)速。</b></p><p>　　3、電氣—機(jī)械調(diào)速：電氣調(diào)速與機(jī)械調(diào)速相結(jié)合。</p><p>　　3.3 調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　3.3.1 調(diào)速范圍</p><p>　　指電動機(jī)在額定負(fù)載下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時，它所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，即

14、 </p><p>　　D=nmax /nmin</p><p>　　不同的生產(chǎn)機(jī)械對電機(jī)的調(diào)速范圍有不同的要求。要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須盡可能的提高電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和降低電動機(jī)的最低轉(zhuǎn)速。最高轉(zhuǎn)速受電動機(jī)換向條件及機(jī)械強(qiáng)度的限制；最低轉(zhuǎn)速受生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定要求限制。</p><p>　　3.3.2 靜差率（調(diào)速得相對穩(wěn)定性）</p>&l

15、t;p>　　轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性是指負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化的程度。轉(zhuǎn)速變化小，其相對穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性用靜差率S表示</p><p><b>　　S=</b></p><p><b>　　如圖1所示</b></p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>

16、　　不同的生產(chǎn)機(jī)械，其允許的靜差率是不同的。</p><p>　　若對靜差率這一指標(biāo)要求過高，即S值越小，則調(diào)速范圍D就越小。反之，若要求調(diào)速范圍D越大，則靜差率S也越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越差。</p><p>　　3.3.3 調(diào)速的平滑性</p><p>　　在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速的級數(shù)越多，則認(rèn)為調(diào)速越平滑。平滑性用平滑系數(shù)衡量，它是相鄰兩級之比</p

17、><p>　　k=ni / ni-1</p><p>　　k越接近1，則系統(tǒng)調(diào)速的平滑性越好。當(dāng)k=1時，稱無級調(diào)速，即轉(zhuǎn)速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。</p><p>　　3.3.4 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性</p><p>　　調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)決定于調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用，而運(yùn)行費(fèi)用又決定于調(diào)速過程中的損耗，一般可以用來說明。</p>&l

18、t;p>　　3.4 調(diào)速的方法分類</p><p>　?。?）、電樞回路串電阻調(diào)速</p><p>　?。?）、降低電樞電壓調(diào)速</p><p>　　（3）、減弱勵磁磁通調(diào)速</p><p>　　4 他厲直流電動機(jī)的調(diào)速方法</p><p>　　4.1 改變電樞電阻調(diào)速</p><p&g

19、t;　　4.1.1電樞回路串電阻</p><p>　　保持電源電壓及勵磁電流額定值不變，只在電樞回路中串入電阻時的人</p><p><b>　　為特性為：</b></p><p>　　與固有特性相比，電樞串電阻時理想空載轉(zhuǎn)速n0不變，但斜率隨串聯(lián)電阻的增大而增大，所以特性變軟。</p><p>　　在電樞回路中串入不同

20、的電阻時，電動機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速，如圖2所示：（圖中的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）</p><p><b>　　圖 4-1</b></p><p>　　從圖中可以看出，當(dāng)電樞回路串入電阻時，電動機(jī)的機(jī)械特性將增大，電動機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點將下移，即電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速降低。</p><p><b>　　4.1.2 優(yōu)點</b>

21、</p><p>　　實現(xiàn)簡單，操作方便。</p><p><b>　　4.1.3 缺點</b></p><p>　　低速時機(jī)械特性變軟，靜差率增大，相對穩(wěn)定性變差。</p><p>　　只能在基速以下調(diào)節(jié)速，因而調(diào)速范圍較小，一般D2。</p><p>　　由于電阻是分級切除的，所以只能實現(xiàn)有

22、級調(diào)速，平滑性差。</p><p>　　由于串接電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟(jì)性較差，而且轉(zhuǎn)速越低，能耗越大。</p><p>　　4.2 改變電樞電源電壓調(diào)速</p><p>　　4.2.1 改變電壓</p><p>　　由于電動機(jī)的工作電壓以額定電壓為上限，因此改變電壓時，只能在低于額定電壓的范圍內(nèi)變化。</p><

23、p>　　保持電樞電阻和勵磁磁通不變，只改變電樞電壓U時的人為特性為</p><p>　　與固有特性相比，降低電壓時的人為特性的斜率不變，但理想空載轉(zhuǎn)速隨電壓的降低而正比減小。</p><p>　　因此降低電壓時的人為特性是位于固有特性下方，且與固有特性平行的一組直線，如圖3所示：（拖動的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）</p><p><b>　　圖 4-2<

24、;/b></p><p>　　從圖中可以看出，當(dāng)電樞電源電壓為額定值時，電動機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點為A，轉(zhuǎn)速為n;電壓降低到U1后，交點為n1;電壓為U2,交點為A2,轉(zhuǎn)速為n2;電壓為U3,交點為A3,轉(zhuǎn)速為n3;電樞電源電壓越低，轉(zhuǎn)速也越低。同樣，改變電樞電源電壓調(diào)速方法的調(diào)速范圍也只能在額定轉(zhuǎn)速和零轉(zhuǎn)速之間調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　4.2.2 優(yōu)點<

25、;/b></p><p>　　電源電壓能夠平滑調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)無級調(diào)速。</p><p>　　調(diào)速前后機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時，速度穩(wěn)定性好。</p><p>　　無論輕載還是重載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D=2.5~12。</p><p>　　電能損耗較小，專素下調(diào)時可再生制動，調(diào)速經(jīng)濟(jì)性較好。</p>&l

26、t;p><b>　　4.2.3 缺點</b></p><p>　　需要一套電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。</p><p><b>　　4.3 弱磁調(diào)速</b></p><p>　　4.3.1 改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻</p><p>　　改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻，就可以改變勵磁電流，從而改變勵磁磁通

27、。由于電動機(jī)額定運(yùn)行時，磁路已經(jīng)開始飽和，即使再成倍增加勵磁電流，磁通也不會有明顯增加，何況由于勵磁繞組發(fā)熱條件的限制，勵磁電流也不允許再大幅度的增加，因此，只能在額定值以下調(diào)節(jié)勵磁電流，即只能減弱勵磁磁通。</p><p>　　保持電樞電源電壓、電樞電組不變，只減弱磁通時的人為特性為</p><p>　　電動機(jī)拖動的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不很大時，減小直流電動機(jī)的勵磁磁通時，可使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。如圖

28、四所示</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　從圖中可以看出，當(dāng)勵磁磁通為額定值時，電動機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點為A,轉(zhuǎn)速為n;勵磁磁通為時，理想空載轉(zhuǎn)速增大，同時機(jī)械特性的斜率也變大，交點為A2,轉(zhuǎn)速為n2;勵磁磁通減少為時，交點為A1轉(zhuǎn)速為n1。弱磁調(diào)速的范圍是在額定轉(zhuǎn)速與電動機(jī)所允許最高轉(zhuǎn)速之間調(diào)節(jié)，單獨使用弱磁調(diào)速的方法，調(diào)速的范圍

29、不會很大。</p><p><b>　　4.3.2 優(yōu)點</b></p><p>　　控制方便，能量損耗小。</p><p>　　可連續(xù)調(diào)節(jié)勵磁電流，以實現(xiàn)無級調(diào)速。</p><p>　　設(shè)備簡單，調(diào)速平滑性好。</p><p>　　由于轉(zhuǎn)速升高，輸出功率也增大，電動機(jī)的效率基本不變，經(jīng)濟(jì)性比較

30、好。</p><p><b>　　4.3.3 缺點</b></p><p>　　機(jī)械特性的斜率變大，特性邊軟。</p><p>　　轉(zhuǎn)速的升高受到電機(jī)換向的能力和機(jī)械強(qiáng)度的限制，在額定轉(zhuǎn)速以上采用弱磁調(diào)速。</p><p>　　調(diào)速范圍一般不大D。</p><p>　　4.5 調(diào)速方式與負(fù)載類

31、型的配合</p><p>　　為了是使電動機(jī)得到充分利用，根據(jù)不同的負(fù)載，應(yīng)選用相應(yīng)的調(diào)速方式。通常，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，恒功率負(fù)載應(yīng)采用恒功率調(diào)速方式，這樣可是調(diào)速方式與負(fù)載類型相匹配，電動機(jī)可以被充分利用。</p><p>　　恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式指，在整個調(diào)速過程中保持電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T不變。</p><p>　　恒功率調(diào)速方式指，在整個調(diào)速過程中保持電動

32、機(jī)電磁功率P不變。</p><p>　　電樞電路串接電阻調(diào)速和降壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩方式，而弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速方式。</p><p>　　對于風(fēng)機(jī)負(fù)載，三種調(diào)速方法都不十分合適，但采用電樞電路串接電阻調(diào)速和降壓調(diào)速要比弱磁調(diào)速合適一些。</p><p><b>　　5 設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　一臺他勵直流

33、電動機(jī)，其銘牌數(shù)據(jù)為：</p><p><b>　　KW</b></p><p><b>　　V</b></p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　r/min</b></p><p>　　已知電樞電阻

34、，電動機(jī)拖動額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行</p><p>　?、湃舨捎秒姌写娮璧姆椒▽⑥D(zhuǎn)速降至1000 r/min，應(yīng)串多大的電阻？</p><p>　　⑵若采用降低電源電壓的方法進(jìn)行調(diào)速，將轉(zhuǎn)速調(diào)至1000 r/min，電源電壓應(yīng)為多少伏？</p><p>　?、遣捎酶淖儎畲烹娏髡{(diào)速，若要將轉(zhuǎn)矩增加至1800 r/min，等于多少？</p><p>

35、;<b>　　內(nèi)容解析：</b></p><p>　　5.1 電樞串接電阻調(diào)速</p><p>　　根據(jù)他勵直流電動機(jī)的電動平衡方程式，可得到額定運(yùn)行時的電樞電動勢為</p><p>　　220－1100.1=209</p><p>　　根據(jù)，由于串電阻調(diào)速前后的磁通不變，因此調(diào)速前后的電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，故轉(zhuǎn)速為100

36、0 r/min時的電動勢為</p><p>　　×209=139.3 V</p><p>　　根據(jù)，由于調(diào)速前后的磁通不變，未變，因此調(diào)速前后的電樞電流不變，故串電阻調(diào)速至1000 r/min時的電動勢平衡方程式為</p><p><b>　　所串電阻為</b></p><p><b>　　0.634

37、</b></p><p>　　5.2 改變電壓調(diào)速</p><p>　　由上步1的計算可知，采用降低電壓的方法把轉(zhuǎn)速降至1000 r/min時，</p><p>　　電動勢.V，未變，電樞電流，故轉(zhuǎn)速降到1000 r/min時電壓為</p><p>　　139 + 1100.1＝150 V</p><p>

38、;　　5.3 采用改變勵磁電流調(diào)速</p><p><b>　　140.1 Nm</b></p><p>　　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，調(diào)速后的電磁轉(zhuǎn)矩為</p><p>　　==116.75 Nm</p><p>　　由于轉(zhuǎn)速n=，將數(shù)據(jù)代入，得</p><p>

39、<b>　　整理后得</b></p><p><b>　　1800 </b></p><p><b>　　或 0.0058</b></p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　直流電動機(jī)調(diào)速的目的是為了提高生產(chǎn)效率或滿足生產(chǎn)工

40、藝的要求，電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速可以采用機(jī)械調(diào)速、電氣調(diào)速、電氣—機(jī)械調(diào)速。</p><p>　　他勵直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種：電樞電路串接電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速、改變勵磁磁通調(diào)速。</p><p>　　他勵直流電動機(jī)的三種方法比較，如表1所示：</p><p><b>　　表6-1</b></p><p>　　三種調(diào)速方

41、法各有優(yōu)點，改變電樞電阻調(diào)速的缺點很多，所以只用于調(diào)速范圍不大，調(diào)速時間不長的小容量電動機(jī)中；改變電樞電壓調(diào)速是一種性能優(yōu)越的調(diào)速方法，被廣泛應(yīng)用于對調(diào)速性能要求較高的電力拖動系統(tǒng)中；改變勵磁電流調(diào)速通常與改變電樞電壓同時應(yīng)用于對調(diào)速要求很高的電力拖動系統(tǒng)中，來擴(kuò)大調(diào)速范圍和實現(xiàn)雙向調(diào)速。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.唐介.電

42、機(jī)與拖動.北京：高等教育出版社.2003.7</p><p>　　2.唐介.控制微電機(jī).北京：高等教育出版社.1987.4</p><p>　　3.劉啟新.電機(jī)與拖動基礎(chǔ).北京：中國電力出版社.2005</p><p>　　4.楊長能.電機(jī)學(xué).重慶：重慶大學(xué)出版社.1994</p><p>　　5.李發(fā)海.電機(jī)學(xué).北京：科學(xué)出版社.1991&

43、lt;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　敬愛的老師們，你們的默默奉獻(xiàn)促進(jìn)了我們的健康成長。在課堂上，你們用思想的魅力和智慧的光輝開啟我們愚鈍的心智；你們用博大的胸懷和高尚的品德感染我們生活的點滴；你們用深厚的學(xué)術(shù)造詣和敏銳的學(xué)術(shù)思想引導(dǎo)我們學(xué)業(yè)的進(jìn)步；你們對我們的恩情讓我們變得獨立、厚重、歡樂、富有……“師者，所以傳道授業(yè)解惑也”。我們不僅從您身

44、上學(xué)到知識，而且學(xué)到了做人做事的道理。你們的諄諄教誨我們會永遠(yuǎn)銘記于心，你們的言行風(fēng)范永遠(yuǎn)是我們最好的榜樣。忘不了老師的諄諄教導(dǎo)，忘不了老師不留情面的責(zé)備，忘不了老師風(fēng)霜漸凍的鬢發(fā)，忘不了老師飽含期待的眼神。老師似春蠶，將縷縷銀絲奉獻(xiàn)；老師是蠟燭，將滴滴蠟油燃盡。</p><p>　　感謝您們的指導(dǎo)和教誨，使我了解了設(shè)計實踐的樂趣，在此奉上我深深地謝意，謝謝。</p><p><b&

45、gt;　　設(shè)計感想</b></p><p>　　《電機(jī)與拖動》這個課程學(xué)習(xí)的只是課本，以前不太了解它有什么用處。通過這次的課程設(shè)計，使我收獲不少，讓我了解了直流電動機(jī)是怎樣工作的，并且重點知道了調(diào)速的各種原理及改變方法，可以應(yīng)用到實際當(dāng)中，學(xué)會了許多在課堂上不會的知識。</p><p>　　而且通過查閱資料以前只是記憶下來、沒有了解的東西現(xiàn)在也弄懂了，不再是只是懂的一些淺顯的東