【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(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果； 據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。 作者簽名： 日期： 2 年月 5 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目： 600V 直 流 機(jī) 組 電 動 機(jī) 設(shè) 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(xué)號 指導(dǎo)老師 教研室主任 一、 基本任務(wù)及要求： 機(jī)組由電動機(jī)拖動同軸發(fā)電機(jī)構(gòu)成。 根據(jù)負(fù)載電流選定所設(shè)電機(jī)型號及功率。 繪制該電機(jī)的總裝圖，沖片圖，繞組展開圖。 二， 進(jìn)度安排及完成時間： 2 月 26 日：下達(dá)設(shè)計任務(wù)書。 3 月 13 日 3月 24日：畢業(yè)實習(xí)，撰寫實習(xí)報告 .。 5 月 16 日 5月 31日：電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ,撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 6 月 10 日 6月 12日：畢業(yè)設(shè)計答辯 。 直流電動機(jī)既保持了直流電動機(jī)良好的調(diào)速控制特性，又消除了電刷和換向器的機(jī)械接觸。直流電動機(jī)是一種具有高 效率、低磨損、低噪聲的電機(jī)機(jī)種 .本設(shè)計在介紹直流電動機(jī)設(shè)計中，關(guān)于相數(shù)、極數(shù)、槽數(shù)及繞組連接方式的選擇方法和應(yīng)遵從的規(guī)律 .而且針對小功率直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作性能，在電樞反應(yīng)理論基礎(chǔ)上設(shè)計出功率為 55kw 的直流電動機(jī)。 construction feature。它是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來，電動機(jī)的發(fā)展也促進(jìn)了 社會生產(chǎn)力的不斷提高。 電動機(jī)的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，它可以作為拖動各種生產(chǎn)機(jī)械的動力，是國民經(jīng)濟(jì)各部門應(yīng)用最多的動力機(jī)械。拖動各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，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(chǎn)領(lǐng)域。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術(shù)上難以實現(xiàn)這些要求，所以 20 世紀(jì)以來，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動。所以，在 20 世紀(jì) 60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，稀土永磁的應(yīng)用，為無刷直流電機(jī)和永磁直流電機(jī)廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。無刷直流電動機(jī)的主要特征是具有與普通有刷直流電流電動機(jī)相似的機(jī)械特性以及必須有電子換向電路。永磁直流電動機(jī)是將電勵磁替換為永磁勵磁的新型電機(jī)。 經(jīng)歷了 100 多年的技術(shù)發(fā)展，直流電動機(jī)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(shù)的廣泛應(yīng)用，為直流電動機(jī)的發(fā)展注入了新的活力。 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電動機(jī)的工作原理僅僅揭示了如何利用基本電磁規(guī)律以實現(xiàn) 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的道理，但是要將其付諸應(yīng)用，直流電機(jī)必須具有能滿足電磁和機(jī)械兩方面要求的合理的結(jié)構(gòu)型式。直流電動機(jī)是由靜止的定子部分和轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成的，定、轉(zhuǎn)子之間有一定大小的間隙（以后稱為氣隙）。 直流電動機(jī)定子部分主要由主磁極、換向極、機(jī)座和電刷裝置等組成。在一般大中型直流電動機(jī)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(chǎn)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(jī)座的內(nèi)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(jī)座，就是一個機(jī)座同時起兩方面的作 用：一方面起導(dǎo)磁的作用，一方面起機(jī)械支撐的作用。主磁極、換向極和端蓋都固定在電機(jī)的機(jī)座上，所以機(jī)座又起了機(jī)械支撐的作用。電刷放在電600V 直流機(jī)組電動機(jī)設(shè)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(jī)中，電刷組的數(shù)目可以用電刷桿數(shù)表示，刷桿數(shù)與電機(jī)的主磁極數(shù)相等。電刷桿裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，調(diào)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(dǎo)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(jī)的重要部件。換向器安裝在轉(zhuǎn)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(shù)與元件數(shù)相等。于是在線圈 abcd 中有電流流過，電流的方向如圖 所示。 導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定，導(dǎo)體 ab的受力方向是從右向左，導(dǎo)體 cd 的受力方向是從左向右，如圖 。如果此 電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。后，導(dǎo)體 cd轉(zhuǎn)到 N極下，導(dǎo)體 ab轉(zhuǎn)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(jīng)導(dǎo)體 cd、 ab 后，從電刷 B 流出。因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jī)的工作原理 。如用原動機(jī)拖動直流電機(jī)的電樞，將機(jī)械能從電機(jī)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(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而成為發(fā)電機(jī)；如在電刷上加直流電壓，將電能輸 入電樞，則從電機(jī)軸上輸出機(jī)械能，拖動生產(chǎn)機(jī)械，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而成為電動機(jī)。 600V 直流機(jī)組電動機(jī)設(shè)計 5 圖 直流電動機(jī)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(dāng)然也可以是多匝元件）以一定規(guī)律排列和聯(lián)接起 來的，用 S 表示元件數(shù)。若用 yN 代表元件的匝數(shù)，則多匝元件的元件邊里就有 yN 根導(dǎo)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(lián)接起來的。若用表示換向片數(shù) K ，則整個電樞繞組的元件數(shù)應(yīng)等于換向片數(shù)，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(jī)組電動機(jī)設(shè)計 6 （ 2）合成節(jié)距 y 與換向器節(jié)距 ky 選擇 ky時，應(yīng)使相串聯(lián)的元件感應(yīng)電動勢同方向。其次，當(dāng)沿圓周向一個方向繞了一周，經(jīng)過 p 個串聯(lián)的元件后，其末尾所聯(lián)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(lián)，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(fù)號的選擇，首先要滿足 ky 是一個整數(shù)。這種繞組當(dāng)把每一個元件聯(lián)成繞組時，聯(lián)接的順序是從右向左進(jìn)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(jī)組電動機(jī)設(shè)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(lián)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(biāo)上 N 、 S 極性。 第三步，畫 16 個小方塊代表換向片，并標(biāo)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(lián)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(lián)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(nèi)并與 1 號換向片相聯(lián)接。一般應(yīng)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(lián)接下去，一直把 16個元件都聯(lián)起來為止。其他元件也如此。圖中，所考慮的是發(fā)電機(jī)，箭頭表示電樞旋轉(zhuǎn)方向，即自右向左運(yùn)動，根據(jù)右手定則就可判定各 元件邊的感應(yīng)電動勢的方向，即在 極下的導(dǎo)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(lián)起來構(gòu)成一條支路，把所有上層邊在S 極下的元件串聯(lián)起來構(gòu)成另一條支路。 （ 2）當(dāng)元件的幾何形狀對稱時，電刷在換向器表面上的位置對準(zhǔn)主磁極中心線，正、負(fù)電刷間感應(yīng)電動勢最大。 600V 直流機(jī)組電動機(jī)設(shè)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(jù)電機(jī)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(shù)據(jù)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(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)直徑。決定 aD 時可以根據(jù)給定的NNnP 值和工廠的生產(chǎn)條件，參考已制成的類似電機(jī)的 aD 而選定。對應(yīng)于不同的功率和轉(zhuǎn)速，直流電機(jī)電樞外徑的尺寸也不同。根據(jù)我國生產(chǎn)的硅鋼片規(guī)格和工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗，目前規(guī)定了下面的直流電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電樞外徑： 7， ， ， 10． 6， 12， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 120， 150， 180， 215， 250， 285， 315， 350， 380厘米。 當(dāng)設(shè)計電機(jī)時，根據(jù)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(nèi)有幾個對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)選擇過高的Ａ . ?B 數(shù)值外，還應(yīng)該考慮它們的比值要適當(dāng)。正因為這樣，對經(jīng)常處于請在運(yùn)行的電機(jī) ,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(jī)，通?？筛叱?5～ 20%左右。所用絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級越高，電機(jī)允許的溫升也就越高，電磁負(fù)荷可選高些；導(dǎo)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(jī)的功率及轉(zhuǎn)速有關(guān)，確切地說是與電樞直徑及轉(zhuǎn)子的圓周速度有關(guān)。電樞直徑越小，所選取的 A 和 ?B 也應(yīng)越小，著主要是空間是否充裕的問題。通常主要參考電機(jī)工業(yè)長期的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并分析對比所設(shè)計電機(jī)與已有電機(jī)之間在使用材料．結(jié)構(gòu)．技術(shù)要求等方面的異同后進(jìn)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(dá)式為 Nemap nPADBal ?? ?? ?? () 600V 直流機(jī)組電動機(jī)設(shè)計 11 上式中，電磁功率 emP 可根據(jù)給定的額定功 率 NP 按式??21?? Nem PP得到；額定轉(zhuǎn)速 Nn 是技術(shù)條件給定的；電樞外徑是根據(jù)圖 22 選定；電磁負(fù)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(jī)，極數(shù)多時極間距離小， pa? 應(yīng)選得小一些；極數(shù)少時， pa? 可選大些。但 eflD2 相同的電機(jī)，可以設(shè)計的細(xì)長，也可以設(shè)計的粗短。 ? 的大小與電機(jī)運(yùn)行性能 .經(jīng)濟(jì)指標(biāo)