【正文】 期： 20 年月 日 誠 信 聲 明 本人聲明： 本人所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果； 據查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（論文）中不包含其他人已經公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設計（論文）中的所有內容均真實、可信。 作者簽名： 日期： 2 年月 5 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 題目： 600V 直 流 機 組 電 動 機 設 計 姓名 系 電氣與信息工程系 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 電氣工程及 其自動化 學號 指導老師 教研室主任 一、 基本任務及要求： 機組由電動機拖動同軸發(fā)電機構成。 根據負載電流選定所設電機型號及功率。 繪制該電機的總裝圖，沖片圖，繞組展開圖。 二， 進度安排及完成時間： 2 月 26 日：下達設計任務書。 3 月 13 日 3月 24日：畢業(yè)實習，撰寫實習報告 .。 5 月 16 日 5月 31日：電機結構設計 ,撰寫畢業(yè)設計說明書。 6 月 10 日 6月 12日：畢業(yè)設計答辯 。 直流電動機既保持了直流電動機良好的調速控制特性，又消除了電刷和換向器的機械接觸。直流電動機是一種具有高 效率、低磨損、低噪聲的電機機種 .本設計在介紹直流電動機設計中，關于相數、極數、槽數及繞組連接方式的選擇方法和應遵從的規(guī)律 .而且針對小功率直流電動機結構特點和工作性能，在電樞反應理論基礎上設計出功率為 55kw 的直流電動機。 construction feature。它是隨著生產力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來，電動機的發(fā)展也促進了 社會生產力的不斷提高。 電動機的功能是將電能轉換成機械能，它可以作為拖動各種生產機械的動力，是國民經濟各部門應用最多的動力機械。拖動各種生產機械運轉，可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。 按縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個生產領域。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術上難以實現這些要求，所以 20 世紀以來，在可逆，可調速與高精度的拖動技術領域中，相當時期內幾乎都是采用直流電力拖動。所以，在 20 世紀 60年代以后，隨著電力電子技術的發(fā)展，稀土永磁的應用，為無刷直流電機和永磁直流電機廣泛應用創(chuàng)造了有利條件。無刷直流電動機的主要特征是具有與普通有刷直流電流電動機相似的機械特性以及必須有電子換向電路。永磁直流電動機是將電勵磁替換為永磁勵磁的新型電機。 經歷了 100 多年的技術發(fā)展，直流電動機自身的理論基本成熟。電磁材料的性能不斷提高，電工電子技術的廣泛應用，為直流電動機的發(fā)展注入了新的活力。 直流電動機的結構 直流電動機的工作原理僅僅揭示了如何利用基本電磁規(guī)律以實現 機電能量轉換的道理，但是要將其付諸應用，直流電機必須具有能滿足電磁和機械兩方面要求的合理的結構型式。直流電動機是由靜止的定子部分和轉動的轉子部分構成的，定、轉子之間有一定大小的間隙（以后稱為氣隙）。 直流電動機定子部分主要由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成。在一般大中型直流電動機中，主磁極是一種電磁鐵。主磁極的作用是能夠在電樞表面外的氣隙空間里產生一定形狀分布的氣隙磁密。把事先繞制好的勵磁繞組套在主極鐵心外面，整個主磁極再用螺釘固定在機座的內表面上。這樣也可使勵磁繞組牢固地套在鐵心上。所謂整體機座，就是一個機座同時起兩方面的作 用：一方面起導磁的作用，一方面起機械支撐的作用。主磁極、換向極和端蓋都固定在電機的機座上，所以機座又起了機械支撐的作用。電刷放在電600V 直流機組電動機設計 3 刷盒里，用彈簧壓緊在換向器上，電刷上有個銅絲辮，可以引出、引入電流。一般直流 電機中，電刷組的數目可以用電刷桿數表示，刷桿數與電機的主磁極數相等。電刷桿裝在端蓋或軸承內蓋上，調整位置后，將它固定。 （ 1）電樞鐵心 電樞鐵心作用有二，一個是作為主磁路的主要部分；另一個是嵌放電樞繞組。電樞鐵心沿圓周上有均勻分布的槽，里面可嵌入電樞繞組。線圈用包有絕緣的圓形和矩形截面導線繞制而成，線圈亦稱為元件，每個元件有兩個出線端。 （ 3）換向器 換向器也是直流電動機的重要部件。換向器安裝在轉軸上，主要由許多換向片組成，片與片之間用云母絕緣，換向片數與元件數相等。于是在線圈 abcd 中有電流流過，電流的方向如圖 所示。 導體受力的方向用左手定則確定，導體 ab的受力方向是從右向左，導體 cd 的受力方向是從左向右，如圖 。如果此 電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。后，導體 cd轉到 N極下，導體 ab轉到 S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A流入，經導體 cd、 ab 后，從電刷 B 流出。因此，電樞一經轉動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體 ab 和 cd 流入，使線圈邊只要處于 N極下，其中通過電流的方 向總是由電刷 A 流入的方向，而在 S極下時，總是從電刷 B流出的方向。這就是直流電動機的工作原理 。如用原動機拖動直流電機的電樞，將機械能從電機軸上輸入，而電刷上不加直流電壓，則從電刷端可以引出直流電動勢作為直流電源，可輸出電能，電機將機械能轉換成電能而成為發(fā)電機；如在電刷上加直流電壓，將電能輸 入電樞，則從電機軸上輸出機械能，拖動生產機械，將電能轉換成機械能而成為電動機。 600V 直流機組電動機設計 5 圖 直流電動機的原理模型 1磁極 ； 2電樞； 3換向器； 4電刷。 電樞繞組是由許多個形狀完全一樣的單匝元件（當然也可以是多匝元件）以一定規(guī)律排列和聯接起 來的，用 S 表示元件數。若用 yN 代表元件的匝數，則多匝元件的元件邊里就有 yN 根導體。同一個元件的首端和末端分別接到不同的換向片上，而各個元件之間又是通過換向片彼此聯接起來的。若用表示換向片數 K ，則整個電樞繞組的元件數應等于換向片數，即。下面介紹單波繞組。它們的定義和單疊繞組的節(jié)距定義相同。 600V 直流機組電動機設計 6 （ 2）合成節(jié)距 y 與換向器節(jié)距 ky 選擇 ky時，應使相串聯的元件感應電動勢同方向。其次，當沿圓周向一個方向繞了一周，經過 p 個串聯的元件后，其末尾所聯的換向片kpy，必須落在與起始的換向片相鄰的位置，才能使第二周繼續(xù)往下聯，即 1kpy Ku? （ ） 因此，單波繞組元件的換向器節(jié)距為 1k Kuy p? （ ） 式中正負號的選擇，首先要滿足 ky 是一個整數。這種繞組當把每一個元件聯成繞組時，聯接的順序是從右向左進行，稱為左行繞組。 合成節(jié)距 kyy? 。 圖 單波繞組的節(jié)距 2．繞組展開圖 600V 直流機組電動機設計 7 所謂繞組展開圖是假想將電樞及換向器沿某一齒（圖 中為第 16 槽與第 1 槽間的 1 個齒）的中間切開，并展開成平面的聯接圖。第一步，先畫 16 根等長等距的實線，代表各槽上層元件邊，再畫 16 根等長等距的虛線， 代表各槽下層元件邊。實際上一根實線和一根虛線代表一個槽（指虛槽），依次把槽編上號碼。讓每個磁極的寬度大約等于 ? ,4個磁極均勻放置在電樞槽之上，并標上 N 、 S 極性。 第三步，畫 16 個小方塊代表換向片，并標上號碼，為了作圖方便，使換向片寬度等于槽與槽之間的距離。 第四步，聯繞組。編號時把元件號碼、元件上層邊所在槽的號碼以及元件上層邊相聯接的換向片號碼編得一樣，即 1號元件的上層邊放在 1號槽內并與 1 號換向片相聯接。一般應使元件左右對稱，這樣 1 號換向片與 2 號換向片的分界線正好與元件的中心線相重合。按此規(guī)律排列與聯接下去，一直把 16個元件都聯起來為止。其他元件也如此。圖中，所考慮的是發(fā)電機，箭頭表示電樞旋轉方向，即自右向左運動，根據右手定則就可判定各 元件邊的感應電動勢的方向，即在 極下的導體電動勢是向下，在 極下是向上的。 第六步，放電刷。對本例來說，就是四組電刷 1 1 2 2, , ,A B A B ，它們均勻地放在換向器表面圓周方向的位置。 3．繞組電路圖 單波繞組是把所有上層邊在 N 極下的 元件串聯起來構成一條支路，把所有上層邊在S 極下的元件串聯起來構成另一條支路。 （ 2）當元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準主磁極中心線，正、負電刷間感應電動勢最大。 600V 直流機組電動機設計 9 第 3 章 主要尺寸的選擇 確定主要尺寸的一般方法 首先根據電機的額定功率 ,利用式NNNSPkP ?? cos?? ~式NNmPkP ??? 得出計算功率 P? 。然后參考給定的數據選用合適的 ? ，即可由已算得的 eflD2 分別求得主要尺寸 D 和 efl 。算得 aD 后，需將其調整至標準直徑。決定 aD 時可以根據給定的NNnP 值和工廠的生產條件，參考已制成的類似電機的 aD 而選定。對應于不同的功率和轉速，直流電機電樞外徑的尺寸也不同。根據我國生產的硅鋼片規(guī)格和工廠的生產經驗，目前規(guī)定了下面的直流電機的標準電樞外徑： 7， ， ， 10． 6， 12， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 120， 150， 180， 215， 250， 285， 315， 350， 380厘米。 當設計電機時，根據給定的NNnP 值，可先查得電樞外徑最大值至最小值的范圍。如果在這個范圍內有幾個對應的標準直徑，那么就要通過分析或試算來確定其中最合適的一個。 除了不應選擇過高的Ａ . ?B 數值外，還應該考慮它們的比值要適當。正因為這樣，對經常處于請在運行的電機 ,通常宜選用較大的A 值和較低的 ?B 值 ,以便在請在時能得到較高的效率。對 一般小型電機，通?？筛叱?5～ 20%左右。所用絕緣結構的耐熱等級越高，電機允許的溫升也就越高，電磁負荷可選高些；導磁材料性能越好，允許選用的磁密也可越高。 Ａ . ?B 的選擇還和電機的功率及轉速有關，確切地說是與電樞直徑及轉子的圓周速度有關。電樞直徑越小，所選取的 A 和 ?B 也應越小，著主要是空間是否充裕的問題。通常主要參考電機工業(yè)長期的經驗數據，并分析對比所設計電機與已有電機之間在使用材料．結構．技術要求等方面的異同后進行選取。 電樞計算長度 ?l 的確定 從式??21?? Nem PP，可以得到電樞計算長度 ?l 的表達式為 Nemap nPADBal ?? ?? ?? () 600V 直流機組電動機設計 11 上式中，電磁功率 emP 可根據給定的額定功 率 NP 按式??21?? Nem PP得到；額定轉速 Nn 是技術條件給定的；電樞外徑是根據圖 22 選定；電磁負荷 A. ?B 按圖 23 和 24 選定 。這樣就可以計算出電樞計算長度 ?l 。對于同一電樞外徑的電機，極數多時極間距離小， pa? 應選得小一些；極數少時， pa? 可選大些。但 eflD2 相同的電機，可以設計的細長，也可以設計的粗短。 ? 的大小與電機運行性能 .經濟指標