【正文】 部分：轉子和定子。 絕大 多數(shù)的電動機都須作連續(xù)的轉運動的電磁力形成一種方向不變的轉矩，才能構成電動機。當線圈中通入直流電流時，線圈邊上受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向，這一對電磁力形成了作用于電樞的一個電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向。這種交變的電磁轉矩只能使電樞來回搖擺，而不能使電樞連續(xù)轉動。為此必須增添一個叫做換向器的裝置，換向器由互相絕緣的銅質換向片構成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉。裝了這種換向器以后，若將直流電壓加于電刷端，直流電流經(jīng)電刷流過電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉矩，電樞在電磁轉矩的作用下就旋轉起來。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向。這就是直流電機的工作原理。 1． 電磁式直流電動機： 電磁式 直流電動機由定子磁極、轉子 (電樞 )、換向器 (俗稱整流子 )、電刷、機殼、軸承等構成。根據(jù)其勵 磁 (舊標準稱為激磁 )方式的不同又可分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。 串勵直流電動機的勵磁繞組與轉子繞組之間通過電刷和換向器相串聯(lián)，勵磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵磁電流的增大而增大，轉矩近似與電樞電流的平方成正比，轉速隨轉矩或電流的增加而迅速下降?？赏ㄟ^ 用外用電阻器與串勵繞組串聯(lián) (或并聯(lián) )、或將串勵繞組并聯(lián)換接來實現(xiàn)調(diào)速。轉速則隨電流及轉矩的增大而略有下降，短時過載轉矩為額定轉矩的 倍?？赏ㄟ^削弱磁場的恒功率來調(diào)速。轉速變化也為 5％ 15％。 復勵直流電動機的定子磁極上除有并勵繞組外，還裝有與轉子繞組串聯(lián)的串勵繞組 (其匝數(shù)較少 )。轉速變化率為 25％ ~30％ (與串聯(lián)繞組有關 )。 換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料，用高強度塑料模壓成。電磁式直流電動機的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。 2． 永磁式直流電動機： 永磁式直流電動機也由定子磁極、轉子、電刷、外殼等組成。按其結構形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。 轉子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動機轉子的槽數(shù)少。漆色線在轉子鐵心的兩 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。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。 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 9 3． 無刷直流電動機： 無刷直流電動機是采用半導體永磁體轉子 多極繞組定子 位置傳感器定子開關器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。 無刷直流電動機由永磁體轉子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關電路提供。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、磁敏電阻器或專用 集成電路等 )裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉子旋轉時產(chǎn)生的磁場變化。轉子旋轉時，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。 第 節(jié) 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。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。勵磁方式北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 10 一般有，他勵、并勵、串勵、復勵，四種。 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。 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。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。 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。 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． 轉矩平衡方程式： ffffaaa RIrrIU RIUE ??? ??? )(北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 11 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 1T ；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0T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。 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。 01 TTT ??nnTnTCC RC Un emTee ????????? 002 ?emNTe aNe N TCC RCUn 2????北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 12 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(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： 當電動機的 paaNN RRRUU ?????? , 時，其人為機械特性的方程式為： (27) enNTepaaNeN TCC RRCUn 2?????emTRUn 2Tee CCC ?? ??北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 13 圖 23 電樞串電阻時特性曲線 與固有特性相比， 空載轉速NENCUn ??0 不變， b.? 增大，轉速降 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。可見，當負載轉矩不變時，只改變電阻 paR 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(diào)速。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。 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) emTe ae N TCC RCUn 2????北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 15 圖 25 減弱勵磁磁通時特性曲線 由于磁通 ? 的減少，使得理想空載轉速 0n 和機械特性斜率 ? 都增大，其特性曲線如圖所示。北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 16 第 3 章 設計任務與要求 第 節(jié) 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(chǎn)品的需求要不斷趨向多樣化，這就要求生產(chǎn)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。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(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。 第 節(jié) 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(diào)至額定轉速，能實現(xiàn)高速起動，具有較高的調(diào)速精度。 3． 電機有關參數(shù) ： 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 17 kwPNOM 125? VUNOM 220? AINOM 640? m in/750 rN N O M ? ?? ，電樞回路總電阻 ?? ， 22 . MNGD ? ，電流過載倍數(shù) λ=北京化工大學 繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 18 第 4 章 電路設計 第 節(jié) 主電路設計 電機參數(shù)計算和晶閘管容量參數(shù)計算 1． 電機有關參數(shù)： kwPNOM 125? VUNOM 220? AINOM 640? m in/750 rN N O M ? ?? ，電樞回路總電阻 ?? ， 22 . MNGD ? ，電流過載倍數(shù) λ=， 2． 變壓器的付邊電壓確定： 因為 VU NOM 220? ， ? 整定的范圍在 。30 時有最大值，算出 VU ? 所以可以選擇 VU 1202 ? 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， ,125 KWPNOM ? 阻抗消耗 KWPR 12? ，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： kvaSN 150? 。 北京化工大學 繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）