电机拖动课程设计---直流电动机

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1、 - 1 - 0 引言 电动机有直流电动机交流电动机，直流电动机虽不及交流电动机结构简单、 制造容易、维护方便、运行可靠。但长期以来交流电动机的调速问题未能得到满 意的解决。在此之前，电动机具有交流电动机所不能比拟的良好的起动性能和调 速性能。随着交流电动机交频调速系统的发展，在不少应用领域已为交流电动机 所取代。但是直流电动机又以起动转矩大、转速性能好、自动控制方便而著称， 因此，在工业等应用领域中仍占有一席之地。而在四种直流电动机中，他励电动 机应用最广泛。 随着工业化的进程，电动机及电力拖动技术不断地发展，逐步形成了电力拖 动领域的传统技术。如：电动机的起动。随着电力电子技术的发展。电动

2、机及拖 动技术又不断地在技术上取得重大突破，形成一系列高新技术。 - 2 - 1 直流电动机的构造 直流电机主要由磁极、电枢和换向器（整流子）三部分组成。 图 1-1 直流电机的组成部分 1.1 磁极 结构见图用硅钢片叠成，固定在机座上。极心上放置励磁绕组在电机中产生 磁场，极掌的作用是使电机的空气隙中的磁感应强度的分布最为合适，并且挡住 励磁绕组不至于掉下来。 磁极和机座都是磁路的一部分。 1.2 电枢 电枢铁心是由硅钢片叠成的圆柱体，表面沿轴线冲有槽；槽中放电枢绕组， 用来感应电动势。直流电机的电枢是旋转的。见图 - 3 - 直流电机的电枢铁心片 直流电机的电枢结构图 图 1-3 1.3

3、换向器（整流子） 它是直流电机特有的装置。 换向器装在转轴上。电枢绕组的导线按一定规 则焊接在环向片的凸出部分。在换向器的表面用弹簧压作固定的电刷，是转动的 电枢绕组。 - 4 - 2 直流电机的基本工作原理 图 2-1 直流电动机的工作原理简图 电枢由原动机驱动在磁场中旋转，电枢线圈的两根有效边便切割磁力线，感 应出电动势。线圈随电枢铁心在转动时，每一有效边中的电动势是交变的，即在 N 极下是一个方向，当它转到 S 极下是另一个方向。但由于电刷 A 总是同与 N 极 下的一边相连的换向片接触， 而电刷B总是同与S极下的一边相连的换向片接触， 因此在电刷上就出现一个极性不变的电动势或电压。 在

4、电刷 AB 之间加上直流电压 U，电枢线圈中的电流流向为：N 极下的有效边 中的电流总是一个方向，而 S 极下的有效边中的电流总是另一个方向。这样两个 有效边中受到的电磁力的方向一致，电枢开始转动。通过换向器可以实现线圈的 有效边从一个磁极如N极转到另一个磁极下如S极时， 电流的方向同时发生改变， 从而电磁力或电磁转矩的方向不发生改变。电磁转矩是驱动转矩，其大小也为： a ICT T 。 电动机的电磁转矩 T 必须与机械负载转矩 T2及空载损耗转矩 T0相平 衡。即 02 TTT。另外当电枢绕组在磁场中转动时，线圈中也要产生感应电动 势 E，这个电动势的方向与电流或外加电压的方向相反，称之为反

5、电动势。其大 小为：n E CE方向与 a I相反。 - 5 - 3 直流电动机的机械特性 直流电动机的电磁转矩和电压平衡方程 nCE ICT E aT aa RIEU 图 3-1 直流电动机电枢等效电路 n T IN 0 n nN n0 图 3-2 机械特性曲线 M Ra + U E + Ia nn T CC R C U I C R C U C RIU C E n me a e a e a e e aa e o 2 - 6 - 4 直流电动机的运行与控制 4.1 直流电动机的启动 直流电动机直接起动时的起动电流很大，达到额定电流的 1020 倍，因此 必须限制起动电流。 限制起动电流的方法就

6、是起动时在电枢电路中串接起动电阻 ST R。起动电阻的值： a R I U R ST ST 一般规定起动电流不应超过额定电流的 1.52.5 倍。起动时将起动电阻调 至最大，待起动后，随着电动机转速的上升将起动电阻逐渐减小。 4.2 直流电动机的调速 根据直流电动机的转速公式 E CRIU）（ aa n可知直流电动机的调速方 法有 3 种：改变磁通调速、改变电枢电压 U 调速和电枢串联电阻调速。 改变磁通调速的优点是调速平滑，可做到无级调速；调速经济，控制方便； 机械特性较硬，稳定性较好。但由于电动机在额定状态运行时磁路已接近饱和， 所以通常只是减小磁通将转速往上调，调速范围较小。 改变电枢电压调速的优点是不改变电动机机械特性的硬度，稳定性好；控制 灵活、方便，可实现无级调速；调速范围较宽，可达到 610。但电枢绕组