【文章內容簡介】 動機此類電動機的勵磁繞組F和電樞繞組S由兩個不同的直流電源供電，勵磁回路與電樞回路相對獨立，采用永久磁鐵作為主極的永磁直流電動機亦屬于此類。2．并勵電動機 勵磁繞組F和電樞繞組S并聯，有同一個直流電源供電，勵磁電流通常只有額定電流的1%5%，這是直流電動機最為常見的勵磁方式。3．串勵電動機 勵磁繞組C和電樞繞組S串聯，其勵磁電流與電樞電流相等與負載大小有關。4．復勵電動機 勵磁繞組由并勵繞組F與串勵繞組C兩部分組成，并套在同一個主極鐵心上，通常復勵電動機以并勵為主，并勵磁動勢占磁極總勵磁磁動勢的70%以上。若串勵磁場對并勵磁場助磁，稱之為積復勵；串磁磁場對并勵磁場去磁時，則稱之為差復勵。復勵電動機的運行特性介并勵于串勵之間。 勵磁繞組存在電阻，電動機在工作時勵磁回路要消耗一定的功率，稱之為勵磁損耗，這就使得直流電動機的效率相對其他電動機要低。勵磁損耗一般不超過額定功率的1%3%。1．電動勢平衡方程式：根據基爾霍夫第二定律，對任一有源的閉合回路，所有電動勢之和等于所有壓降和，有： （21） （22） 2．轉矩平衡方程式：直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的轉速為n,作用在電樞上的轉矩共有三個：一個是原動機輸入給發(fā)電機轉軸上的驅動轉矩；一個是電磁轉矩T；還有一個是電機的機械摩擦、風阻以及鐵損耗引起的轉矩，叫空載轉矩，用表示,空載轉矩是一個制動性轉矩,永遠與轉速n的方向相反。 （23） 1．機械特性的表達式：定義：在電動機的電樞電壓、勵磁電流、電樞回路電阻為恒值條件下，電機的轉速與電磁轉矩之間的關系：。由電機的電路原理圖可得機械特性的表達式： （24） 通常稱b大的機械特性為軟特性，b小的機械特性為硬特性。2．固有機械特性和人為機械特性：電動機的機械特性可分為固有機械特性和人為機械特性(1)固有機械特性：固有機械特性是指當電動機的電樞工作電壓和勵磁磁通均為額定值、電樞回路中沒有串入附加電阻時的機械特性，其方程式為： （25） 固有機械特性曲線如圖所示，由于較小，則也較小，所以直流電動機的固有機械特性是比較“硬”的。 圖22固有機械特性曲線人為機械特性是指人為地改變電動機電路中的某個參數或電動機的電樞電壓值，而得到的機械特性，即改變式中的機械特性方程中的某些參數所獲得的機械特性： (26) 我們來研究只改變電樞電壓、磁通或附加電阻的一個參數，求出直流電動機有下列三種人為機械特性：1）電樞串電阻時的人為特性：當電動機的時，其人為機械特性的方程式為： (27) 圖23電樞串電阻時特性曲線與固有特性相比， 增大，轉速降增大，附加電阻越大，也越大，特性越“軟”，如圖23中曲線2所示。這類人為機械特性是一組通過,而不同斜率的直線。可見，當負載轉矩不變時，只改變電阻的大小，可以改變電動機的轉速，因此，電樞回路串電阻的方法，可用于直流電動機調速。 2）降低電樞電壓時的人為特性：當電動機的時，改變電樞電壓的人為機械特性的方程式為： (28) 圖24降低電樞電壓時特性曲線 與固有特性相比較，a. 機械特性曲線的斜率b 不變，改變電壓時的人為特性是一組與固有機械特性平行的直線，如圖所示。由于受到絕緣強度的限制，電動機的額定電壓是工作電壓的上限，因此改變電壓時，只能在低于額定電壓的范圍內變化。可見，當負載轉矩不變時，改變電壓的大小，可以改變電動機的轉速，因此，改變電樞電壓的方法，也可用于直流電動機調速。 3）減弱勵磁磁通時的人為特性： 可以在勵磁回路中串接上電阻，或降低勵磁電壓來減弱磁通，保持時，減弱磁通的人為特性方程式為： (29) 圖25減弱勵磁磁通時特性曲線由于磁通F 的減少，使得理想空載轉速和機械特性斜率b 都增大，其特性曲線如圖所示。電機的磁通設計在磁化曲線的膝點，接近飽和點，因此一般采用減弱磁通方法，可見，當負載轉矩不變時，減弱磁通方法也可用于直流電動機調速。第3章 設計任務與要求 設計任務隨著科學技術的不斷發(fā)展，人類社會的不斷進步，人們對生活產品的需求要不斷趨向多樣化，這就要求生產設備必須具有良好的動態(tài)性能，在不同的進行不同的操作，完成不同的任務。為了使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能必須對系統(tǒng)進行設計。特別是大型的鋼鐵行業(yè)和材料生產行業(yè)，為達到很高的控制精度，速度的穩(wěn)定性，調速范圍等要求，又由于交流調速在當時尚未解決好調速控制問題，調速范圍不大，控制精度低，快速性差等性能指標不滿足生產工藝的要求，所以當時大量使用的是直流電動機調速系統(tǒng)，尤其是直流無級調速系統(tǒng)，它具有調速性能好，范圍寬，動態(tài)性能好等優(yōu)點，特別是設計簡單方便，雖然隨著控制技術以及電力電子技術的的發(fā)展，制造工藝技術的提高，大量出現交流調速的傳動系統(tǒng)，但直流傳動所具有的優(yōu)點特征，至今仍大量廣泛地使用直流調速。本次的設計任務就是直流電動機無級調速的設計，使其能更好的為我們的生產和生活服務。 設計要求與性能指標要求設計要使得電動機轉速可以由零平滑調至額定轉速，能實現高速起動，具有較高的調速精度。1．穩(wěn)態(tài)指標：無靜差2． 動態(tài)指標：電流超調量δi﹪=5﹪, 空載啟動至額定轉速時的轉速超調量δn﹪=10﹪ ，且啟動時盡量避免電流的過大沖擊。3．電機有關參數： ，電樞回路總電阻 ，電流過載倍數λ=第4章 電路設計 主電路設計1．電機有關參數： ，電樞回路總電阻 ，電流過載倍數λ=，2．變壓器的付邊電壓確定：因為， 整定的范圍在 之間，所以由三相全橋整流公式： 當 在時有最大值，算出所以可以選擇3．變壓器的容量大小計算：由于電動機電流大小為640A，電流過載是大小為960A，變壓器在電動機過載運行時的電流大小為783A，利用功率守恒定理， 阻抗消耗，考慮晶閘管的損耗和自身的損耗以及變壓器也有一定的過載能力，選擇的變壓器容量：。4．晶閘管參數計算：由電機的過載倍數，我們可以電動機的過載電流，即最大電流：又由 整流輸出電壓 ，進線的線電壓是120V。由電路分析可知，晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器的二次線電壓的電壓峰值。即晶閘管承受的最大正