電機與拖動課程設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  目錄</b></p><p>  1.直流電機的結構及原理1</p><p>  1.1直流電機的基本結構1</p><p>  1.2直流電動機的工作原理2</p><p>  2.他勵直流電動機4</p><p>  2.1電樞回路中的電壓平衡方程4&l

2、t;/p><p>  2.2他勵直流電動機的固有機械特性4</p><p>  3.電動機的調(diào)速指標6</p><p>  3.1調(diào)速范圍D6</p><p>  3.2靜差率(調(diào)速的相對穩(wěn)定性)δ%6</p><p>  3.3調(diào)速的平滑性6</p><p>  3.4調(diào)速的經(jīng)濟性。6

3、</p><p>  4.他勵直流電動機降壓調(diào)速8</p><p>  4.1改變電樞回路電壓調(diào)速8</p><p><b>  4.2調(diào)速性能8</b></p><p>  5 課程設計內(nèi)容10</p><p><b>  總 結12</b></p>

4、<p><b>  參考文獻13</b></p><p>  1.直流電機的結構及原理</p><p>  1.1直流電機的基本結構 </p><p><b>  1.定子</b></p><p>  圖1-1直流電動機的定子結構圖</p><p>  直

5、流電機的定子由以下幾部分組成:</p><p><b>  主磁極</b></p><p>  由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成,其主要任務是產(chǎn)生主磁場。磁極下面擴大的部分稱為極掌,它的作用是使通過空氣中的磁通分布最為合適,并使勵磁繞組能牢固地固定在鐵心上。主磁極鐵心是磁路的一部分,采用1.0~1.5mm厚的鋼片疊壓制成。勵磁繞組用絕緣銅線繞成。</p>

6、<p><b>  換向磁極</b></p><p>  簡稱換向極。它是位于主磁極之間的比較小的磁極,也是由鐵心和繞組兩部分構成的,用螺桿固定在定子的兩個主磁極的中間。換向極用來改善電樞電流的換向性能。</p><p><b>  機座</b></p><p>  用鑄鋼或厚鋼板制成,機座一方面用來固定主磁極

7、,換向極和端蓋等,并作整個電機的支架,另一方面也是電機磁路的一部分。</p><p><b>  端蓋等</b></p><p>  機座的兩邊各有一個端蓋。端蓋的中心處裝有軸承,用來支撐轉子的轉軸。電刷插在電刷架的刷握中,頂上有一個彈簧壓板,使電刷在換向器上保持一定的接觸壓力。電刷架固定在端蓋上。</p><p><b>  2.轉

8、子</b></p><p>  1-1直流電動機的轉子結構圖</p><p>  直流電機的轉子包括以下幾部分:</p><p><b>  電樞鐵心</b></p><p>  電樞鐵心是主磁極的一部分,用硅鋼片疊成,呈圓柱形,表面有許多均勻分布的槽,槽內(nèi)嵌放電樞繞組。為了加強鐵心的冷卻,電樞鐵心上有軸向通

9、風孔。</p><p><b>  電樞繞組</b></p><p>  電樞繞組是直流電機產(chǎn)生感應電勢及電磁轉距以實現(xiàn)能量轉換的關鍵部分。繞組一般由銅線繞成,嵌入電樞鐵心的槽中,線圈的端部都接到換向片上。為了防止離心力將繞組甩出槽外,用槽楔將繞組導體楔在槽內(nèi)。</p><p><b>  換向器</b></p>

10、;<p>  換向器由很多彼此絕緣的銅片組合而成,每個換向片都和電樞繞組連接,外表呈圓柱形,片與片之間用云母絕緣。</p><p><b>  電刷裝置</b></p><p>  電刷裝置包括電刷及電刷座,它們固定在定子上,其電刷與換向器保持滑動接觸,以便將電樞繞組和外電流接通。</p><p>  1.2直流電動機的工作原理&

11、lt;/p><p>  圖1-2直流電動機的結構原理圖</p><p>  圖1-2是一直流電動機的結構原理圖。N和S是一對固定不動的磁極,用以產(chǎn)生所需要的磁場。在兩磁極間裝設一個可以繞Z-Z'軸而旋轉的繞組,在它上面裝有矩形的線圈abcd,這個部分通常叫做電樞。線圈的兩端分別接到叫做換向片的兩個半圓形銅環(huán)上。換向片之間是彼此絕緣的,它們和電樞裝在同一根軸上,可隨電樞一起轉動。A和B是

12、兩個固定不動的碳質(zhì)電刷,它們和換向片之間是滑動接觸的。來自直流電源的電流就是通過電刷和換向片流到電樞的線圈里的。</p><p>  當電刷A和B分別與直流電源的正極和負極接通時,電流從電源正極流出,經(jīng)電刷A流入電樞繞組,經(jīng)電刷B流回電源負極。這時線圈中的電流方向是從a流向b,再從c流向d。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力F,其方向用左手定則來判斷。電磁力所形成的電磁轉矩使電機逆時針方向旋轉。當電樞繞組的ab邊轉

13、到了S極下,cd邊轉到了N極下時,由于連接在線圈兩端的銅片和電刷的作用,電樞繞組中的電流方向變成d-c-b-a的方向,使電機繼續(xù)按逆時針旋轉。</p><p><b>  2.他勵直流電動機</b></p><p>  他勵電動機的電路如圖2-1所示,勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立電源供電。在勵磁電壓Uf的作用下,勵磁繞組中通過勵磁電流If,產(chǎn)生主磁極Ф。在電樞電壓

14、Ua的作用下,電樞繞組中通過電樞電流Ia。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉矩T,拖動生產(chǎn)機械以某一轉速n運轉。電樞旋轉切割磁感線產(chǎn)生反電勢E。</p><p><b>  圖2-1他勵電動機</b></p><p>  圖2-1 他勵電動機的電路</p><p>  2.1電樞回路中的電壓平衡方程</p><p>  

15、Ua = E + IaRa</p><p><b>  將式</b></p><p>  E = CeФn 和 </p><p>  代入,得到直流電動機機械特性的一般表達式:</p><p>  式中,n0是電動機的理想空載轉速,?n是轉速差</p><p>  ?n = n0-n =T&l

16、t;/p><p>  2.2他勵直流電動機的固有機械特性</p><p>  直流電動機機械特性的一般表達式:</p><p>  圖2-2他勵直流電動機的固有特性</p><p>  他勵直流電動機固有特性如圖2-2所示,N點對應于電動機的額定狀態(tài)。 額定狀態(tài)說明電動機的長期運行能力。M點對應于電動機的臨界狀態(tài),這時電樞電流Ia等于換向允許的最

17、大電樞電流Iamax=(1.5~2.0)IaN。對應的轉矩TM是電動機所允許的最大轉矩。臨界狀態(tài)說明了電動機的短時過載能力。</p><p><b>  機械特性斜率</b></p><p><b>  機械特性硬度:</b></p><p><b>  額定轉矩</b></p><

18、;p>  3.電動機的調(diào)速指標</p><p>  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經(jīng)濟技術指標,通常稱為調(diào)速指標。</p><p><b>  3.1調(diào)速范圍D</b></p><p>  調(diào)速范圍是指電動機在額定負載下調(diào)速時,其最高轉速nmax與最低轉速nmin之比,用D來表示,即</p><p

19、>  不同的生產(chǎn)機械對調(diào)速范圍的要求不同,如:車床D=20~100,龍門刨床D=10~40,軋鋼機D=1.2~3等。</p><p>  電動機最高轉速nmax受電動機的換向極及機械強度限制,最低轉速nmin受轉速相對穩(wěn)定性要求的限制。</p><p>  3.2靜差率(調(diào)速的相對穩(wěn)定性)δ%</p><p>  靜差率指負載變化時,轉速變化的程度,轉速變化小

20、,穩(wěn)定性</p><p>  靜差率δ%越小,相對穩(wěn)定性越好;δ%與機械特性硬度和n0有關。</p><p><b>  D與δ%相互制約:</b></p><p>  靜差率δ%越小,調(diào)速范圍D越小,調(diào)速的相對穩(wěn)定性越好;在保證一定的靜差率δ%指標的前提下,要擴大調(diào)速范圍D,須減少Δn,即提高了電動機機械特性的硬度。</p>&

21、lt;p><b>  3.3調(diào)速的平滑性</b></p><p>  調(diào)速的平滑性由一定的調(diào)速范圍內(nèi)能得到的轉速級數(shù)來說明。調(diào)速的級數(shù)越多,相鄰兩轉速的差值越小,平滑性越好,調(diào)速越平滑。相鄰兩級轉速之比,為平滑系數(shù):</p><p>  平滑系數(shù)越接近1,平滑性越好,當平滑系數(shù)越等于1時,平滑性最好,稱為無級調(diào)速,即轉速可以連續(xù)調(diào)節(jié)。調(diào)速不連續(xù)時級數(shù)有限,稱為有

22、級調(diào)速。</p><p><b>  3.4調(diào)速的經(jīng)濟性</b></p><p>  調(diào)速的經(jīng)濟性主要指調(diào)速的投資、運行效率及維修費用等。</p><p>  調(diào)速時電能的損耗除了要考慮電動機本身的損耗外,還要考慮供電電源的效率。 </p><p>  調(diào)速設備初投資應該考慮電動機和供電電源兩方面:</p>

23、<p>  專門設計的改變磁通調(diào)速的電動機成本較普通直流電機為高;降電樞電壓調(diào)速的大功率可調(diào)壓電源,成本也較高;調(diào)磁通調(diào)速一般也要專門配一可調(diào)壓電源,但容量要小,成本也低些。這樣綜合起來考慮,電樞串電阻調(diào)速設備成本最低,而改變電源電壓調(diào)速設備成本最高。 </p><p>  4.他勵直流電動機降壓調(diào)速</p><p>  根據(jù)他勵直流電動機的轉速公式:</p>&

24、lt;p>  可見,當電樞電流Ia不變時(即負載不變),只要在電樞電壓Ua,電樞電路中的附加電阻Ra和每極磁通Ф三個參數(shù)中任意改變一個,都能引起轉速的變化。</p><p>  4.1改變電樞回路電壓調(diào)速</p><p>  圖4-1 改變電樞回路電壓調(diào)速</p><p>  保持他勵直流電動機磁通Ф為額定值不變,電樞回路不串電阻,降低電樞的電源電壓為不同大小

25、時,電動機拖動者負載運行于不同的轉速上。</p><p>  降低電源電壓,電動機機械特性的硬度不變。這樣,比起電樞回路串電阻調(diào)速使機械特性變軟這一點,降低電源電壓可以使電動機在低速范圍運行時,轉速隨負載變化而變化的幅度較小,轉速穩(wěn)定性要好得多。 </p><p>  降低電樞電壓時電動機的機械特性如圖4-1所示。</p><p>  現(xiàn)以電動機拖動恒轉矩負載為例。

26、調(diào)速前,系統(tǒng)工作在固有特性與負載特性的交點a上。Ua降低的瞬間,工作點由a平移到人為特性上的b點,最后穩(wěn)定運行在c點。顯然,Ua越小,n越低。Ua降低時,n0減小,β不變,α不變,機械特性平行下移。</p><p><b>  4.2調(diào)速性能</b></p><p><b>  調(diào)速方向是往下調(diào)。</b></p><p>

27、  調(diào)速的平滑性好。只要均勻調(diào)節(jié)電樞電壓就可以實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速。</p><p>  調(diào)速的穩(wěn)定性好,但是隨著電樞電壓的減小,轉速的降低,穩(wěn)定性會逐漸變差。這是因為電樞電壓的減小時,機械特性硬度雖然不變,但是理想空載轉速降低,靜差率δ逐漸增大。</p><p>  調(diào)速的經(jīng)濟性初期投資大,需專用的可調(diào)壓直流電源,例如采用單獨的直流發(fā)動機或晶閘管可控整流電源等,但運行費用不大。</p

28、><p><b>  調(diào)速范圍較大。</b></p><p>  調(diào)速時的允許負載為恒轉矩負載。因為調(diào)速時的Ф基本不變,滿載電流即額定電流IaN一定,因此,如果不計低速時散熱能力較差,可以認為各種轉速下允許輸出的轉矩相同,故為恒轉矩調(diào)速。</p><p>  總之,這是一種性能優(yōu)越的調(diào)速方法,廣泛應用于對調(diào)速性能要求較高的電力拖動系統(tǒng)中。</

29、p><p><b>  5 課程設計內(nèi)容</b></p><p>  改變電樞回路電壓時轉速n的計算</p><p><b>  設計任務</b></p><p>  一臺他勵直流電動機,參數(shù)如下</p><p><b>  PN=11kW</b></

30、p><p><b>  UaN=440V</b></p><p><b>  IaN=31A</b></p><p>  nN=1480r/min</p><p>  用他拖動恒轉矩負載運行?,F(xiàn)采用改變電樞電壓調(diào)速。當Ua降低20%時,即Ua=352V時,試求直流電動機的轉速。</p>&

31、lt;p>  例:一臺他勵直流電動機, PN=11kW,UaN=440V,IaN=31A,nN=1480r/min,用他拖動恒轉矩負載運行?,F(xiàn)采用改變電樞電壓調(diào)速。P0忽略不計。試問當Ua降低20%時,即Ua=352V時,轉速為多少?</p><p><b>  解:</b></p><p>  (1)求出額定轉矩TN</p><p> 

32、?。?)求感應電動勢E</p><p><b>  忽略T0,則</b></p><p><b> ?。?)求CeФ</b></p><p><b> ?。?)求CTФ</b></p><p><b> ?。?)求Ra</b></p><

33、;p> ?。?)求Ua降低20%時的轉速n</p><p><b>  總 結</b></p><p>  隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展,自動控制已經(jīng)普遍出現(xiàn)在人類生活,生產(chǎn)和探索新技術的各個領域,由于電能生產(chǎn)變換經(jīng)濟傳輸分配容量,使用控制方便,因而電力拖動已廣泛應用于各類生產(chǎn)機械,為了滿足電力拖動調(diào)速機械的生產(chǎn)工藝要求,提高產(chǎn)品質(zhì)量和生成率,電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速

34、性能具有重要意義。</p><p>  對于直流電動機的調(diào)速還有改變電樞電阻調(diào)速,改變勵磁電流調(diào)速。不同的調(diào)速方法有各自不同的優(yōu)缺點,在實際電力拖動系統(tǒng)中,要根據(jù)實際情況來選擇合適的調(diào)速方法,以便更好的提高生產(chǎn)效率。也可以將幾種調(diào)速方法結合起來,利用各種調(diào)速方法的優(yōu)點,盡量避免各種調(diào)速的缺點,以得到較寬的調(diào)速范圍,使調(diào)速達到較小的損耗,電動機運行時達到較高的效率,更好的滿足各種生產(chǎn)機械對調(diào)速的要求。</p&

35、gt;<p><b>  參考文獻</b></p><p>  [1]林瑞光.電機與拖動基礎[M].浙江:浙江大學出版社,2006</p><p>  [2]李海發(fā).電機學[M].北京:科學出版社,2001</p><p>  [3]唐介.電機與拖動[M].第2版.北京:高等教育出版社,2007</p><p&

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