【文章內(nèi)容簡介】 疊壓而成，較電磁式直流電動機轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。錄放機中使用的小功率電動機多數(shù)為 3 槽，較高檔的為 5 槽或 7 槽。漆色線在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間 (三槽即有三個繞組 )，其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。 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。永磁電動機的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。 錄放機中使用的永磁式直流電動機，采用電子穩(wěn)速電路或離心式穩(wěn)速裝置。 3． 無刷直流電動機： 無刷直流電動機是采用 半導(dǎo)體永磁體轉(zhuǎn)子 多極繞組定子 位置傳感器定子開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機、電子儀器及自動化辦公設(shè)備中。 第 2 章 直流電動機的概述 8 無刷直流電動機由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進行換流 (即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進行繞組電流切換 )。定子繞組 的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。 位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機，其磁敏傳感器件 (例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返?)裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇產(chǎn)生脈沖信號。采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動 機，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件 (例如耦合變壓器、接近開關(guān)、 LC 諧振電路等 )，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號 (其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化 )。 直流電動機運行原理 直流電動機的勵磁方式 直流電動機的主極磁場由勵磁繞組通以直流勵磁電流產(chǎn)生。勵磁電流的獲得方式稱為勵磁方式。主勵磁場的極性由勵磁電流方向決定，場強由勵磁電流大小決定。一般直流電動機的勵磁電流均可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。勵磁方式一般有，他勵、并勵、串勵、復(fù)勵，四種。下面就簡單介紹一下這四種方式的電動機。 1． 他勵電動機 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 第 2 章 直流電動機的概述 9 勵磁繞組 F 和電樞繞組 S 并聯(lián)，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(lián)，其勵磁電流與電樞電流相等與負載大小有關(guān)。 4． 復(fù)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(fù)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(fù)勵；串磁磁場對并勵磁場去磁時，則稱之為差復(fù)勵。復(fù)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%。 直流電動機的基本方程 1． 電動勢平衡方程式： 根據(jù)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(zhuǎn)矩平衡方程式： 直流發(fā)電機在穩(wěn)態(tài)運行時，電機的轉(zhuǎn)速為 n,作用在電樞上的轉(zhuǎn)矩共有三個：一個是原動機輸入給發(fā)電機轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 1T ；一個是電磁轉(zhuǎn)矩 T；還有一個是電機的機械摩擦、風(fēng)阻以及鐵損耗引起的轉(zhuǎn)矩，叫空載轉(zhuǎn)矩，用0T表示 ,空載轉(zhuǎn)矩是一個制動性轉(zhuǎn)矩 ,永遠與轉(zhuǎn)速 n 的方向相反。 （ 23） ffffaaa RIrrIU RIUE ??? ??? )(01 TTT ??第 2 章 直流電動機的概述 10 直流電動機的機械特性 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(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系： ? ?emTfn? 。 由電機的電路原理圖可得機械特性的表達式： （ 24） 通常稱 ? 大的機械特性為軟特性， ? 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(dāng)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 aR 較小，則 n? 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 nnTnTCC RC Un emTee ????????? 002 ?emNTe aNe N TCC RCUn 2????第 2 章 直流電動機的概述 11 人為機械特性是指人為地改變電動機電路中的某個參數(shù)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(shù)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(shù)，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(dāng)電動機的 paaNN RRRUU ?????? , 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， NENCUn ??0 不變， b.? 增大，轉(zhuǎn)速降 n?增大，附加電阻 paR 越大， n? 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 0n ,而不同斜率的直線?？梢?，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩enNTe paaNe N TCC RRCUn 2?????emTRUn 2Tee CCC ?? ??第 2 章 直流電動機的概述 12 不變時，只改變電阻 paR 的大小，可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，因此，電樞回路串電阻的方法，可用于直流電動機調(diào)速。 2）降低電樞電壓時的人為特性： 當(dāng)電動機的 0, ???? paN R 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 ? 不變， 0n 隨電壓減小成正比減小，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(nèi)變化?？梢?，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩不變時，改變電壓的大小，可以改變電動機的轉(zhuǎn)速， 因此，改變電樞電壓的方法，也可用于直流電動機調(diào)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 pfR ，或降低勵磁電壓 fU 來減弱磁通，保持 0, ?? paN RUU 時，減弱磁通的人為特性方程式為： (29) emNTe aNe TCC RC Un 2????emTe ae N TCC RCUn 2????第 2 章 直流電動機的概述 13 圖 25 減弱勵磁磁通時特性曲線 由于磁通 ? 的減少，使得理想空載轉(zhuǎn)速 0n 和機械特性斜率 ? 都增大，其特性曲線如圖所示。電機的磁通設(shè)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(dāng)負載轉(zhuǎn)矩不變時，減弱磁通方法也可用于直流電動機調(diào)速。第 3 章 設(shè)計任務(wù)與要求 14 第 3 章 設(shè)計任務(wù)與要求 設(shè)計任務(wù) 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類社會的不斷進步，人們 對生活產(chǎn)品的需求要不斷趨向多樣化，這就要求生產(chǎn)設(shè)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(wù)。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(shè)計。特別是大型的鋼鐵行業(yè)和材料生產(chǎn)行業(yè)，為達到很高的控制精度，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)時尚未解決好調(diào)速控制問題，調(diào)速范圍不大，控制精度低，快速性差等性能指標不滿足生產(chǎn)工藝的要求，所以當(dāng)時大量使用的是直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，尤其是直流無級調(diào)速系統(tǒng)，它具有調(diào)速性能好，范圍寬，動態(tài)性能好等優(yōu)點，特別是設(shè)計簡單方便，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(diào)速。我們本次的設(shè)計任務(wù)就是直流電動機無級調(diào)速的設(shè)計，使其能更好的為我們的生產(chǎn)和生活服務(wù)。 設(shè)計要求與性能指標 要求設(shè)計要使得電動機轉(zhuǎn)速可以由零平滑調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，能實現(xiàn)高速起動，具有較高的調(diào)速精度。 1． 穩(wěn)態(tài)指標：無靜差 2． 動態(tài)指標：電流超調(diào)量 δi﹪ =5﹪ , 空載啟動至額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn﹪ =10﹪ ，且啟動時盡量避免電流的過大沖擊。 3． 電機有關(guān)參數(shù) ： kwPNOM 125? VUNOM 220? AINOM 640? m in/750 rN N O M ? 第 3 章 設(shè)計任務(wù)與要求 15 ?? ，電樞回路總電阻 ?? ， 22 . MNGD ? ，電流過載倍數(shù) λ=第 4 章 方案比較論證與選擇 16 第 4章 方案比較論證與選擇 調(diào)速指標簡介 為了評價各種調(diào)速方法的優(yōu)缺點，對調(diào)速方法提出了一定的技術(shù)經(jīng)濟指標，通常稱為調(diào)速指標。下 面先對調(diào)速指標做一簡要說明。 1． 靜態(tài)指標 (1)調(diào)速范圍 ： 生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D表示，即 maxminDnn? (31) (2)靜差率 ： 負載由理想空載增加到額定值時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 Nn? ，與理想空載轉(zhuǎn)速 0n 之比，稱作靜差率 s ，即 N0ns n?? (32) 調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)， Nn? 值一定，如果對靜差率要求越嚴，即要求值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。因此一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的 系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速以上的小范圍內(nèi)升速。 (3)調(diào)速的平滑性：調(diào)速的平滑性是指相鄰兩級轉(zhuǎn)速的接近程度，用平滑系數(shù) ? 表示，即 第 4 章 方案比較論證與選擇 17 1??? iinn (33) 平滑系數(shù) ?