【正文】 時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇產(chǎn)生脈沖信號(hào)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開(kāi)關(guān)電路提供。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 3． 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)： 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體永磁體轉(zhuǎn)子 多極繞組定子 位置傳感器定子開(kāi)關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開(kāi)關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。漆色線(xiàn)在轉(zhuǎn)子鐵心的兩 槽之間 (三槽即有三個(gè)繞組 )，其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。電磁式直流電動(dòng)機(jī)的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。轉(zhuǎn)速變化率為 25％ ~30％ (與串聯(lián)繞組有關(guān) )。轉(zhuǎn)速變化也為 5％ 15％。轉(zhuǎn)速則隨電流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時(shí)過(guò)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 倍。 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通過(guò)電刷和換向器相串聯(lián)，勵(lì)磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵(lì)磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。 1． 電磁式直流電動(dòng)機(jī)： 電磁式 直流電動(dòng)機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子 (電樞 )、換向器 (俗稱(chēng)整流子 )、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成。這就保證了每個(gè)極下線(xiàn)圈邊中的電流始終是一個(gè)方向。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線(xiàn)圈中通入直流電流時(shí)，線(xiàn)圈邊上受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向，這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较颉ｋ妱?dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：轉(zhuǎn)子和定子。嵌放在電樞鐵心表面的槽內(nèi)直流電機(jī)采用雙層繞組，每槽內(nèi)的線(xiàn)圈邊分上、下兩層，上下層之間及線(xiàn)圈于鐵心之間都是要可靠絕緣。機(jī)座一般式用鑄鋼鐵制造或鋼板焊接而成。北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 換向極也是由鐵心及繞組組成，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。 圖 21 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1電刷； 2磁軛； 3永久磁鋼； 4極靴； 5電樞繞組； 6內(nèi)磁軛 1． 定子部分 （ 1）主磁極 : 其作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)。但我國(guó)的電機(jī)產(chǎn)品要擴(kuò)大國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)份額除了要滿(mǎn)足以上的要求外，我們還要強(qiáng)化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)、市場(chǎng)服務(wù)意識(shí)，在未來(lái)的電機(jī)行業(yè)大發(fā)展中獨(dú)占鰲。 2． 可靠性高、壽命長(zhǎng)、噪聲低、重量輕、外形美觀 改革的不斷深入，市場(chǎng)的全面開(kāi)放，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日漸激烈，用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品高性能的要求，使得產(chǎn) 品的生產(chǎn)者為了適應(yīng)市場(chǎng)及用戶(hù)的需求，不斷地改進(jìn)工藝，提高技術(shù)水平，采用新材料，設(shè)計(jì)出符合市場(chǎng)需求的電機(jī)產(chǎn)品。 由上述可以看到電機(jī)的發(fā)展還是有很大發(fā)展空間的。我國(guó) 500 多個(gè)電機(jī)企業(yè)大 多集中在沿海地區(qū)，西部地區(qū)的企業(yè)寥寥無(wú)幾，在國(guó)家開(kāi)發(fā)西部的大好機(jī)遇里，對(duì)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展提供了一個(gè)發(fā)展的機(jī)會(huì)。 1997 年我國(guó)電機(jī)產(chǎn)量約為 55288MW， 1998年約為 72505MW， 1999 年約為 62021MW。 Z2 系列普通用途的中型直流電動(dòng)機(jī)，容量從 40KW 到370KW。它們的電壓、轉(zhuǎn)速、機(jī)座型號(hào)和鐵心長(zhǎng)度都是一定的等級(jí)。特別是大型的鋼鐵行業(yè)和材料生產(chǎn)行業(yè)，為達(dá)到很高的控制精度，速度的穩(wěn)定性，調(diào)速范圍等要求，又由于交流調(diào)速在當(dāng)時(shí)尚未解決好調(diào)速控制問(wèn)題，調(diào)速范圍不大，控制精度低，快速性差等性能指標(biāo)不滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，所以當(dāng)時(shí)大量使用的是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，尤其是直流無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，它具有調(diào)速性能好，范圍寬，動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，特別是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，雖然隨著控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)的的發(fā)展，制造工藝技術(shù)的提高，大量出現(xiàn)交流調(diào)速的傳動(dòng)系統(tǒng)，但直流傳動(dòng)所具有的優(yōu)點(diǎn)特征，至今仍大量廣泛地使用直流調(diào) 速。尤其以計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)的發(fā)展，使制造技術(shù)的內(nèi)涵和外延發(fā)生了革命性的變化， 傳統(tǒng)的電氣設(shè)備設(shè)計(jì)、制造技術(shù)不斷吸收信息控制、材料、能量及管理等領(lǐng)域的現(xiàn)代成果，綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、生產(chǎn)管理和售后服務(wù)。系統(tǒng)采用調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速方法可以獲得與電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。 (2) 本次的設(shè)計(jì)目的就是 要求設(shè)計(jì)要使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可 以由零平滑調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，能實(shí)現(xiàn)高速起動(dòng)，具有較高的調(diào)速精度。 2． 設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容 (1) 直流電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí) (2) 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 (3) 主電路以及控制電路的設(shè)計(jì) 3．主要參考文獻(xiàn) [1] 張家生 .電機(jī)原理與拖動(dòng)基礎(chǔ) .北京郵電學(xué)院出版社， 2021 年 [2] 唐介 .電機(jī)與拖動(dòng) . 北京 :高等教育出版社 ,2021 年 [3] 陳世元 .電機(jī)學(xué) .中國(guó)電力出版社， 2021 年 [4] 徐邦荃 .直流調(diào)速系統(tǒng)與交流調(diào)速系統(tǒng) .華中科技大學(xué)出版社 ,2021 年 [5] 趙影 .電機(jī)與電力 拖動(dòng) . 北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 ,2021 年 4． 進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng) 起 止 日 期 1 論文初稿 2021 年 12 月 27 日 2 第一次修改 2021 年 12 月 30 日 3 第二次修改 2021 年 01 月 08 日 4 第三次修改 2021 年 02 月 17 日 5 論文終稿 2021 年 03 月 16 日 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 直流電動(dòng)機(jī)無(wú)極調(diào)速 摘 要 本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用調(diào)速系統(tǒng)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，使其實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)的效果。雙閉環(huán)速度電流調(diào)節(jié)這種方法雖然初次頭次成本相對(duì)而言較高，但它保證了系統(tǒng)的性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝要求的滿(mǎn)足，它既兼顧了啟動(dòng)時(shí)的電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程，又保證穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定性，在起動(dòng)過(guò)程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。在生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)模式等方面，許多新的思想和概念不斷涌現(xiàn)，而且，不同科學(xué)之間相互滲透、交叉融合，迅速改變著傳統(tǒng)電氣設(shè)備制造業(yè)的面貌，從而使得產(chǎn)品頻繁的更新?lián)Q代，這就使得電機(jī)成為社會(huì)生產(chǎn)和生活中必不可少的工具。因此實(shí)現(xiàn)直流無(wú)級(jí)調(diào)速對(duì)我們社會(huì)生產(chǎn)和生活有著重大的意義?，F(xiàn)將我國(guó)目前生產(chǎn)的幾個(gè)主要系列直流電機(jī)簡(jiǎn)要的介紹如下。 ZJD 系列為大型直流電動(dòng)機(jī)，容量從 150KW 到 6500KW，主要用于驅(qū)動(dòng)大型軋鋼機(jī)及卷?yè)P(yáng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)出口量約為 12021MW。另外，我國(guó)加入 WTO 后，可將國(guó)內(nèi)一部分富裕的電機(jī)生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)移到國(guó)外去，也是發(fā)展的一條出路。為了發(fā)展電機(jī)產(chǎn)品，滿(mǎn)足客戶(hù)需求，擴(kuò)大國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)，電機(jī)產(chǎn)品必須向多用途、多品種方向發(fā)展，向高效、節(jié)能方向發(fā)展。 3． 高效、節(jié)能 為了提高電機(jī)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，我們采用了許多辦法，如采用降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電容補(bǔ)償、阻尼槽等，但這都是在頻率不變的條件下實(shí)現(xiàn)的。北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 直流電動(dòng)機(jī)的概述第 節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)的基本知識(shí) 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)是多種多樣的，但任何直流電機(jī)都包括定 子部分和轉(zhuǎn)子部分，這兩部分間存在著一定大小的氣隙，使電機(jī)中電路和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。通常用厚 。 （ 3）機(jī)座 : 機(jī)座分磁軛和底腳兩部分。 2． 轉(zhuǎn)子部分 （ 1）電樞鐵心 :電樞鐵心是磁路的一部分，表面開(kāi)槽以嵌放電樞繞組，為減少鐵耗，采用 ，固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。槽口用槽契壓緊，再用鋼絲或玻璃絲帶扎緊，大型電機(jī)中，繞組伸出槽外的端接部分應(yīng)扎緊在支架上。轉(zhuǎn)子為電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)軸座組成，導(dǎo)體繞組的排列方式?jīng)Q定電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及其特性。若電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈兩邊的位置互換，而線(xiàn)圈中通過(guò)的還是直流電流，則所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向卻變?yōu)轫槙r(shí)針?lè)较蛄?，因此電樞受到一種方向交變的電磁轉(zhuǎn)矩。換向器又與兩個(gè)固定不動(dòng)的由石墨制成的電刷 A、 B 相接觸。這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。 電磁式 直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極 (主磁極 )由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的 5 倍以上，短時(shí)間過(guò)載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的 4 倍以上，轉(zhuǎn)速變化率較大，空載轉(zhuǎn)速甚高 (一般不允許其在空載下運(yùn)行 )。轉(zhuǎn)速變化率較小，為 5％ 15％?？梢酝ㄟ^(guò)削弱磁場(chǎng)恒功率來(lái)提高轉(zhuǎn)速或通過(guò)降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來(lái)使轉(zhuǎn)速 降低。轉(zhuǎn)速可通過(guò)削弱磁場(chǎng)強(qiáng)度宋調(diào)整。 轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為 12 槽， 內(nèi)嵌 12 組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)連接后，再分別與 12 片換向片連接。錄放機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)多數(shù)為圓筒型磁體，而電動(dòng)工具及汽車(chē)用電器中使用的電動(dòng)機(jī)多數(shù)采用瓦塊型磁體。 電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。它具有可靠性高、無(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀 器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。 位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類(lèi)型。采用電磁式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件 (例如耦合變壓器、接近開(kāi)關(guān)、 LC 諧振電路等 )，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào) (其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化 )。一般直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流均可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 2． 并勵(lì)電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組 F 和電樞繞 組 S 并聯(lián)，有同一個(gè)直流電源供電，勵(lì)磁電流通常只有額定電流的 1%5%，這是直流電動(dòng)機(jī)最為常見(jiàn)的勵(lì)磁方式。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性介并勵(lì)于串勵(lì)之間。 （ 23） 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 1． 機(jī)械特性的表達(dá)式： 定義：在電動(dòng)機(jī)的電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻為恒值條件下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系： ? ?emTfn? 。這類(lèi)人為機(jī)械特性是一組通過(guò) 0n ,而不同斜率的直線(xiàn)?？梢?jiàn)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，改變電壓的大小，可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，改變電樞電壓的方法，也可用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。為了使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1． 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差 2． 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 δi﹪ =5﹪ , 空載啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn﹪ =10﹪ ，且啟動(dòng)時(shí)盡量避免電流的過(guò)大沖擊。 4． 晶閘管參數(shù)計(jì)算： 由電機(jī)的過(guò)載倍數(shù)，我們可以電動(dòng)機(jī)的過(guò)載電流，即最大電流： 9 6 0 ???? II M A X ? AIIAIIIIVTAVVTMAXMAXVT)(2???????? 又由 整流輸出電壓 VUU N O Md 220?? ，進(jìn)線(xiàn)的線(xiàn)電壓是 120V。為了減小直流脈動(dòng)，選用三相橋式全控整流電路。 2． 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求： （ 1）按 VT1VT2VT3VT4VT5VT6 的順序，相位依次差 60。 4． 需保證同時(shí)導(dǎo)通的 2 個(gè)晶閘管均有脈沖，可采