【正文】 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 信號采集 .......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 溫度傳感器 ........................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 濕度傳感器 ........................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 結(jié) 論 ........................................................................................................................................... 22 致 謝 ........................................................................................................................................... 23 參考文獻 ....................................................................................................................................... 24 附錄 A ........................................................................................................................................... 24 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 V 第 1 章 緒 論 課題背景 電氣機器（ electrical machines）中的電機、變壓器等設(shè)備的原型在 19 世紀就已形成，至 今已有一百多年的歷史 [1]。人類的生產(chǎn)勞動離不開各種能源，電能在生產(chǎn)、傳輸、分配、管理、使用、控制和能量轉(zhuǎn)換等方面都極為方便，電機是電能的生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換的機電裝置，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防及日常生活等方面得到廣泛的應(yīng)用 [2]。電機的主要作用表現(xiàn)在三個方面： 生產(chǎn)、傳輸和分配電能。在發(fā)電廠，通過汽輪機、燃氣輪機、柴油機、水輪機、風(fēng)輪機等的驅(qū)動，將煤、油等燃料燃燒、原子核裂變產(chǎn)生的能量或水的勢能、風(fēng)的動能等轉(zhuǎn)化 為機械能，由發(fā)電機進行機電能量轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)電能，然后經(jīng)變壓器升高電壓，通過輸電線路把電能傳送到各用 電地區(qū)，再經(jīng)變壓器降低電壓供用戶使用。 驅(qū)動各種生產(chǎn)機械和裝備。在工農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防等部門和生活設(shè)施中，電動 機廣泛用于驅(qū)動生產(chǎn)機械、設(shè)備和器具。如機床驅(qū)動、電力給排水、農(nóng)副產(chǎn)品加工、礦石采掘和傳送、電驅(qū)動車的牽引、鼓風(fēng)設(shè)備、起重設(shè)備、軋鋼機械、造紙設(shè)備、化工機械及家用 電器的驅(qū)動等一般都采用電動機來驅(qū)動。 自動控制系統(tǒng)中的控制元件?？刂齐姍C在控制系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)中作為執(zhí)行、檢測、放大和解算元件。這類電機的功率一般都比較小，但品種繁多、用途各異。 電機的廣泛應(yīng)用，也使得電機的電磁兼容問題，變得更 為復(fù)雜，電機的電磁兼容性（ EMC）成為現(xiàn)代電機研究中，必須考慮的問題。 隨著電氣與電子技術(shù)發(fā)展 , 尤其是上個世紀 90 年代開始 , 歐盟規(guī)定所有投放歐盟市場的電器電子產(chǎn)品必須符合 EMC 的要求 , 否則不能進入歐盟市場流通。 99 年我國國家質(zhì)量監(jiān)督局也發(fā)布了《 EMC 認證管理辦法》，我國電子技術(shù)標準化研究所 MEC 測試實驗室被美國聯(lián)邦通信委員會通過了 FCC認可。這一措施促進了 EMC研究的發(fā)展和知識的普及 , 同時促進廣大科研工作者進行電磁干擾抑制技術(shù)的研究。 共模電磁干擾的危害 電磁兼容指設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)）在共同 的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，以電氣和無線電技術(shù)的基本理論為基礎(chǔ)，并涉及許多新的技術(shù)領(lǐng)域，如微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及新材料等等。 由此可知，它 包含兩層意思：即它工作 中 產(chǎn)生的電磁發(fā)射要限制在一定水平內(nèi) ； 另外，它本身要有一定的抗干擾能力。 即電磁兼容 EMC 包括電磁干擾 EMI(interference)和電磁抗干擾 EMS(susceptibility)。這便是設(shè)備研制 中 所必須解決的兼容問題 。 該共模電壓會產(chǎn)生一系列負面效應(yīng) , 比如： 通過電機繞組對地寄生電容產(chǎn)生高頻共模電 流。該共模電流往往構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)傳導(dǎo)電磁干擾的主要成分 , 并且通過地回路的天線效應(yīng)產(chǎn)生嚴重的輻射電磁干擾。 共模電流還可能引起地電流保護裝置的誤動作。 使定子繞組承受的對地電壓比三相正弦供電時大為提高 , 從而導(dǎo)致絕緣壽命的降低。 通過定轉(zhuǎn)子間的分布電容網(wǎng)絡(luò) , 在轉(zhuǎn)子體上產(chǎn)生對地軸電壓 , 繼而導(dǎo)致電機軸承內(nèi)油膜的擊穿和軸承的電蝕損傷。 在電機運行過程中，電機電磁場干擾主要來自于其繞組中突變的磁場，和換向器與電哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 刷之間的電弧。有刷電機在換向過程中，電刷從一片換向器向另一片過渡的時候，會產(chǎn)生急劇變化的 接觸電阻，這樣導(dǎo)致電流突變，產(chǎn)生電弧，從而便形成陡峭的脈沖電場波，這些脈沖干擾會經(jīng)常在供電線上，產(chǎn)生高頻瞬變電壓，再以傳導(dǎo)干擾的形式侵入到其它各種設(shè)備中，影響其它敏感設(shè)備的正常運行，特別是當其傳導(dǎo)干擾的頻率足夠高時，還會通過導(dǎo)線的天線效應(yīng)產(chǎn)生輻射，惡化整個電機系統(tǒng)的電磁環(huán)境。 本論文的目的及工作 我國對電機的依賴，隨著我國工業(yè)的發(fā)展，在逐漸地加強，而對直流電機的研究也在不斷深入，本文將針對他勵直流電機以及其共模電磁干擾，建立出電路模型，并從理論上和仿真分析上，論述模型的正確與否。建立的電路模型，可以 為以后的此類電機的研究、應(yīng)用、分析等方面，提供理論基礎(chǔ)和分析數(shù)據(jù)。 目前，已知某些文獻中，也建立了幾種電機共模等效模型，但多數(shù)是為了分析和預(yù)測共模電壓在電機端產(chǎn)生的過電壓、軸電壓或電流等負面效應(yīng)而提出的，即使是用于分析漏電流的共模等效電路，適用的頻段也只是低頻段以下，很難滿足整個傳導(dǎo)干擾頻段高頻段電磁干擾問題研究的要求。 本文所建立的他勵直流電機的高頻共模等效電路，與之前的研究中所提到的等效電路的主要不同之處，是該等效電路可用于分析和預(yù)測他勵直流電機驅(qū)動系統(tǒng)整個傳導(dǎo)干擾頻段共模的發(fā)射強度和電機側(cè)共模電流。 本文作者主要做了以下幾個方面的工作： 先根據(jù)他勵直流電機的結(jié)構(gòu)、原理等，作電機共模傳導(dǎo)分析； 根據(jù)分析，建立他勵直流電機繞組模型； 通過實驗與仿真的結(jié)果，驗證模型的正確性； 詳細分析他勵直流電機的干擾源，并建立其干擾源模型； 再通過實驗與仿真，驗證干擾源模型。 第 2 章 他勵直流電機和共模電磁干擾 他勵直流電機的概念及結(jié)構(gòu) 電機、直流電機的概念 電機是一種進行能量轉(zhuǎn)換或機電能量轉(zhuǎn)換的電磁機械裝置。直流電機是指發(fā)出直流電流的發(fā)電機或通以直流電流而轉(zhuǎn)動的電動機，是電機的主 要類型之一。 直流電機的結(jié)構(gòu) 直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩個部分組成。直流電機運行時，靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分，稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。下圖是電機的結(jié)構(gòu)圖。 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 圖 21 直流電機縱向剖視圖 1— 換向器 2— 電刷裝置 3— 機座 4— 主磁極 5— 換向極 6— 端蓋 7— 風(fēng)扇 8— 電樞繞組 9— 電樞鐵心 對于 圖中一些主要部件進行說明： 定子部分 （ 1）主磁極 主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。鐵心一般用 ～ 厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上。 圖 22 主磁極的結(jié)構(gòu) 1— 主磁極 2— 勵磁繞組 3— 機座 （ 2）換向極 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 換向極的作用是改善換向，減小電機 運行時電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數(shù)目與主磁極相等。 （ 3）機座 電機定子的外殼稱為機座。機座的作用有兩個：一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個電機的支撐和固定作用；二是機座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。 圖 23 換向極 1— 換向極鐵心 2— 換向極繞組 （ 4）電刷裝置 電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。 圖 24 電刷裝置 1— 刷握 2— 電刷 3— 壓緊彈簧 4— 刷辮 轉(zhuǎn)子（電樞）部分 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 （ 1）電樞鐵心 電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵心采用由 厚的硅鋼片沖制而成的沖片 疊壓而成，以降低電機運行時電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。 圖 25 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 （ 2）電樞繞組 電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈 (以下稱元件 )按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外 的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。 圖 26 電樞槽的結(jié)構(gòu) 1— 槽楔 2— 線圈絕緣 3— 電樞導(dǎo)體 4— 層間絕緣 5— 槽絕緣 6— 槽底絕緣 （ 3）換向器 在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣，換向片的緊固，換向片的下部做成鴿尾形，兩端用鋼制V形套筒和 V形云母環(huán)固定，再用螺母鎖緊。 哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 27 換向器結(jié)構(gòu) 1— 換向片 2— 連接部分 （ 4）轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子起支撐作用，需要有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。為了使電機能夠運轉(zhuǎn)自如，定子與轉(zhuǎn)子之間要有間隙，稱為氣隙，氣隙是磁路的組成部分。 圖 28 單疊繞組元 1— 首端 2— 末端 3— 元件邊 4— 端接部分 5— 換向片 他勵直流電機的特性 直流電機按照勵磁方式可分為他勵和自勵兩大類。 他勵直流電機 勵磁繞組由其他直流電源供電，與電樞繞組之間沒有電的聯(lián)系，如圖 29(a)所示。永磁直流電機也屬于他勵直 流電機，因其勵磁磁場與電樞電流無關(guān)。 并勵直流電機 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖 29(b)所示。勵磁電壓等于電樞繞組端電壓。以上兩類電機的勵磁電流只有電機額定電流的 1%～ 5%， 所以勵磁繞組的導(dǎo)線細而匝數(shù)多。 串勵直流電機 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖 29(c)所示。勵磁電流等于電樞電流，所以勵磁繞組的導(dǎo)線粗而匝數(shù)較少。 復(fù)勵直流電機 每個主磁極上套有兩套勵磁磁繞組，一個與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵繞組。一個與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵繞組，如圖 29(d)所示。兩個繞組產(chǎn)生的 磁動勢方向相同時稱為積哈爾濱遠東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 復(fù)勵，兩個磁勢方向相反時稱為差復(fù)勵，通常采用積復(fù)勵方式。 圖 29 直流電機的勵磁方式 直流電機的勵磁方式不同，運行特性和適