机电课程设计

机电课程设计1.0(总12页)

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指导教师评定成绩：

《机电传动与控制》课程设计

设计题目：并励直流电动机串电阻调速设计

院 、 部： 机械工程学院 学生姓名： 王晓宇 学 号： 14 班 级： 机电1302班 指导教师： 尹兰

设计时间： 二〇一六 年 六 月

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目录

1.直流电动机的介绍 ____________________________________ 1 2.并励直流电动机的机械特性 __________________________ 2 3.并励直流电动机的串电阻调速 __________________________ 4 4.串电阻调速的参数计算 ________________________________ 5 6.心得与体会 __________________________________________ 6 7.参考文献 ____________________________________________ 8

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并励直流电动机串电阻调速设计

1.直流电动机的介绍

直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。

基本构造

分为两部分：定子与转子。注意：不要把换向极与换向器弄混淆了。 定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。

转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，转轴、支架和风扇。

直流电动机定子组成

1.主磁极：主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。

2.换向极：换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。

3.机座：电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：

一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用； 二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。

4.电刷装置：电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。

直流电动机转子组成

直流电动机转子部分由电枢铁芯、电枢、换向器等装置组成，下面对构造中的各部件进行详细介绍。

1.电枢铁芯：其作用是嵌放电枢绕组和颠末磁通，为了下降电机工作时电枢铁芯中发作的涡流损耗和磁滞损耗。

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2.电枢绕组：作用是发作电磁转矩和感应电动势，而进行能量变换。电枢绕组有许多线圈或玻璃丝包扁钢铜线或强度漆包线。

3.换向器：又称整流子，在直流电动机中，它的作用是将电刷上的直流电源的电流变换成电枢绕组内的沟通电流，使电磁转矩的倾向稳定不变，在直流发电机中，它将电枢绕组沟通电动势变换为电刷端上输出地直流电动势。

换向器由许多片构成的圆柱体之间用云母绝缘，电枢绕组每一个线圈两端区分接在两个换向片上。直流发电机中换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动热变换为电刷间的直流电动势，负载中就有电流通过，直流发电机向负载输出电功率，同时电枢线圈中也肯定有电流通过。它与磁场相互作用发作电磁转矩，其倾向与发电机相反，原想法只需抑制这一磁场转矩才华股动电枢改变。因此，发电机向负载输出电功率的还，从原想法输出机械功率，完结了直流发电机将机械能变换为电能的作用。

并励直流电机

并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图1所示。作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。

这种电动机，是励磁绕组与转子绕组并联，励磁电流大小与转子绕组电压及励磁电路的电阻有关。并励绕组两端电压就是转子绕组两端电压，其值较高，但励磁绕组用细导线绕制，其匝数绕得很多，因此具有较大的电阻，使通过它的励磁电流较小。

2.并励直流电动机的机械特性

并励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压U，励磁电流IL,电枢回路总电阻Ra为恒值的条件下，电动机转速n与电磁转矩T的关系。

机械特性方程式

并励直流电动机的电路如图1所示。

图1 并励直流电动机电路图

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并励直流电动机的机械方程式可以从公式EaKeN，UEaIaRa得到：

n

UIaRa （1）

KeN再把公式TKeNIa代入上式，得：

n 其中，n0RaUn0T （2） 2KeNKeKmNURa 称为理想空载转速， 2KeNKeKmN机械特性曲线如图2所示，是一条稍向下倾斜的直线，其斜率为。这说明加大电动机负载会使转速下降。

图2 并励电动机的机械特性

固有机械特性

固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为：

nRaUT KeNKeKmN2（3）

固有机械特性如图3中的曲线 RRa 所示，由于Ra较小，故并励直流电动机固有机械特性为硬特性，这种特性适用与负载变化时要求转速比较稳定的场合，经常用金属切削机床、造纸机械等要求恒速的地方。

必须注意的是：当磁通过分削弱后，如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载。另外，当=0时，从理论上说，电动机的空载转速将趋于，实际上励磁电流为零时，电动机尚有剩磁，这时转速虽不趋于，但会升到机械强度所不允许的数值，通常称为“飞车”，因此，直流并励电动机起动前必须先加励磁电流，在运转过程中，绝不允许励磁电路断开或励磁电流为

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零。为此，直流并励电动机在使用中，一般都设有“失磁”保护。

3.并励直流电动机的串电阻调速

人为机械特性

人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（2）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，在此只介绍串电阻的调速方法。

在电枢回路中串入不同阻值的电阻Rpa，此时 UUN，N，

RRaRpa，人为机械特性的方程式为：

RaRpaUNnT （4）

KeNKeKmN2与固有特性相比，理想空载转速n0不变，只能改变机械特性的硬度。但是，转速降n增大 。Rpa越大，n也越大，特性“变软”，在一定负载转矩

TL下，转速也就越低。在低转速下运行时，负载稍有变化，就会使转速发生较大的变化，因此低转速时的稳定性较差。如图3所示。

图3 并励电动机电枢串电阻的人为机械特性

串电阻调速的分析

在额定负载下，电枢电路串电阻调速时能达到的最高转速是额定转速（Rpa0），因此在其调速方向应为从额定转速向下调解。调速时，如果负载转矩TL为常数，则当电动机在不同转速下运行时，由于电磁转矩都与负载转矩相等，所以电枢电流为

IaTTL常数 KmNKmN4

也就是说，Ia与n无关。若TLTN,则Ia将保持额定值IN不变。

当电枢电路串电阻调速时，外串电阻Rpa上要消耗电功率IaRpa，使调速系统的效率降低。调速系统的效率可用系统输出的机械功率P2与输入的电功率P1之比的百分数表示。当电动机的负载转矩TLTN时，

2IaIN,P1UNIN常数，若忽略电动机的空载损耗，则P2EaIN。这时，调速系统的效率为

EIPn1100%aN100%100% P2UNINn0R因此可见，调速系统的效率将随转速n的降低成正比的下降。因此该调速方法是一种耗能的方法。

串电阻调速优缺点

改变电枢电路外串电阻调速的优点是设备简单，初始投资少。当这种方法也存在如下问题：

（1）机械特性较软，电阻越大则特性越软，稳定度越低。 （2）在空载或轻载时，调速范围不大。 （3）实现无级调速困难。 （4）在调速电阻上消耗大量电能。

该方法使用场所：只是在调速平滑性要求不高，低速工作时间不长，电动机容量不大，采用其他调速方法不值得的地方才采用这种调速方法。特别注意，启动电阻不能当做调速电阻使用，否则将会被烧坏。

4.串电阻调速的参数计算

假定一台并励直流电动机，其铭牌数据为PN10kW,UN220V,IN50A，

nN1550r/min。

固有机械特性

计算电枢电阻Ra：

1UNINPN12205010103Ra20.2 2I2N250计算KeN：

KeNUNINRa220500.20.14V/r/min nN1500计算理想空载转速：

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n0UN220r/min 1571KeN0.14额定电磁转矩TN:

TN9.55KeNIN9.550.145066.85Nm

串入不同电阻时的转速

（1）电枢回路串电阻Rap0.4时

理想空载转速不变，TTN时，并励直流电动机的转速n1为

n1n0RaRapKeKmNTNn0RaRap9.55KeNT15712N0.20.4r/min66.85135729.550.14（2）电枢回路串电阻Rap10.6时，n2为

n2n0RaRap1KeKmNTNn0RaRap19.55KeNT15712N0.20.6r/min66.8512859.550.142（3）电枢回路串电阻Rap20.8时，n3为

n3n0RaRap2KeKmNTNn0RaRap29.55KeNT15712N0.20.8r/min66.85121429.550.145.结论

根据以上设计过程，并励直流电动机串电阻调速的计算方法如下： （1）熟练掌握并励直流电动机串电阻调速的机械特性曲线 （2）通过铭牌给出的数据，计算出计算电枢电阻Ra （3）计算KeN

（4）计算理想空载转速n0 （5）计算额定电磁转矩TN （6）将串入不同的电阻代入公式

nn0RaRpaKeKmNTN

求得串入不同电阻下并励直流电动机的转速。

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6.心得与体会

经过为期一周的研究和设计，最终顺利的完成了机电传动与控制—并励直流电动机的串电阻调速设计。

在查找资料的过程中，进一步了解了并励直流电动机串电阻调速的分析过程和计算方法。加深了在课堂上学习的内容。同时体会到了，学习和实践相结合的重要性。

在设计的过程中，也进一步历练自己，增强了发现问题、思考并解决问题的能力，相信这些对以后的学习和工作必有很大的益处。

总而言之，在这一周的忙碌过程中，无论是编辑技巧，还是对电动机的知识，我都收获很多。

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7.参考文献

[1] 王宗才.机电传动与控制.[M]北京：电子工业出版社，2011. [2] 李晓竹.电机与拖动.[M]徐州：中国矿业大学出版社，2009.

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