电机拖动课程设计
题 目 励直流电动机调速系统设计
英文题目 The design of separately excited DC motor speed control system
院 系 电子工程学院
专 业 轨道交通信号控制
姓 名
班级学号
指导老师
l
二零六年X月
摘
直流电动机具良启动制动调速性够快速起制动正反转十分宽广范围滑济调节速度求较高电力拖动系统中广泛应机床电气牵引机车起重设备中采直流电动机拖动生产实践中许生产机械根工艺求需调节转速改变生产机械转速采该变传动机构速实现种方法称机械调速生产中应较电气调速认改变电动机参数参数
励直流电动机具优良调速性宽范围实现滑极调速文介绍励直流电动机调速原理包含电枢串电阻降低电压电源弱磁调速降低电压弱磁结合方式
关键词：励直流电动机调速转速
目 录
摘 II
第章 直流电机 4
第二章 直流电动机结构工作原理 5
21直流电机基结构 5
22 励直流电动机工作原理 6
第三章 励直流电动机调速 7
31调速指标 8
32 电枢串电阻调速 10
33改变电枢电源电压调速 11
34弱磁调速 12
第四章 课程设计容 13
总结 15
心体会 16
参考文献 17
第章 直流电机
直流电机生产直流电机电量转换机械机械转换直流电称直流发电机电转换机械成直流电动机交流电动机（三相异步电动机）相然结构较复杂生产成较高障较等目前已交流电动机应普遍具优良调速性较启动转矩广泛应节仅直流电动机结构工作原理直流电动机分类印刷设备中应直流电动机启动调速做简单介绍
图直流电动机结构原理图图中NS固定动磁极产生需磁场容量较电机磁场直流励磁电流通绕磁极铁心励磁绕组产生清晰图中画出磁极铁心没画出励磁绕组N极S极间绕轴旋转绕组直流电机部分称电枢实际电机电枢绕组嵌铁心槽电枢绕组电流称电枢电流
线圈两端分两彼绝缘线圈轴旋转铜片连接铜片压着固定动电刷
直流电动机中产生方始终电磁转矩外部电路中直流电流必须改变成电机部交流电流程称电流换换铜片称换片互相绝缘换片组合总体称换器
图11 直流电动机结构原理
第二章 直流电动机结构工作原理
21直流电机基结构
直流电机静止定子旋转转子两部分组成定转子间定间隙称气隙定子作产生磁场电机机械支撑磁极换极机座端盖电刷装置等部件组成转子作产生感应电动势电磁转矩电枢铁芯电枢绕组换器转轴风扇等部件组成
（） 定子部分
1磁极
磁极产生气隙磁场电枢表面外气隙空间里产生定形状分布气隙磁密磁极极铁芯励磁线圈组成极铁芯1~15mm厚低碳钢板成定形状然叠压铆钉铆起面套事先绕制励磁线圈整磁极螺钉固定机座表面
2换极
换极改善直流机换性换极换极铁芯套铁芯换极绕组组成
3机座
机座方面固定磁极换极端盖等部件助低脚电机固定基础起机械支撑作方面电机磁路部分定子磁轭导磁作机座般导磁性较铸钢厚钢片焊接成
4电刷装置
电刷装置固定电刷旋转转换器保持滑动接触电枢电路外电路接通电流电刷输入电枢电枢输出
（二） 转子部分
1 电枢铁芯
电枢铁芯作嵌放电枢绕组通磁通
2 电枢绕组
电枢绕组作产生感应电势通电流实现机电转换
3 换器
换器作电枢线圈中交流变换电刷间直流电刷间直流逆变电枢线圈中交流
22 励直流电动机工作原理
图21 励直流电动机工作原理
AB间外加直流电压A接电源正极B接负极线圈中电流流线圈处图21示位置时效边abN极cds极两边中电流方a→bc→d安培定律知ab边cd边受电磁力：
FBIL
式中I导线中电流单位安（A）根左手定知两F方相反形成电磁转矩驱线圈逆时针方旋转线圈转180°时cd边处N极ab边处S极换器作两效边中电流方原相反变d→cb→a两极面效边中电流方保持变受力方电磁转矩方变
见正直流电动机采换器结构电枢线圈中受电磁转矩保持变电磁转矩作电枢逆时针方旋转时电动机作原动机带动生产机械旋转电动机机械负载输出机械功率
直流电动机中必须电枢绕组外接直流电源外励磁绕组通直流电流建立磁场电枢绕组励磁绕组两电源单独供电公电源供电励磁方式直流电动机分励励串励复励等形式励磁方式特性
励电动机励磁绕组电枢绕组分两电源供电励电动机采单独励磁电源设备较复杂种电动机调速范围宽机拖动中
图22 励电动机
第三章 励直流电动机调速
提高劳动生产率保证产品质量求生产机械情况工作速度扎钢机扎制品种厚度钢材时必须工作速度保证生产需种改变速度方法称调速
机械方法电气方法实现调速里分析电气调速方法性特点电气调速改变电气参数意识电动机工作点条机械特性曲线转换条机械特性曲线生产需电动机转速进行种控制电机负载电压机波动时引起转速扰动变化两概念
根直流电动机调速公式n
见电枢电流变时（负载变）电枢电压U电枢电路附加电阻极磁通ф三参数中意改变引起转速变化励直流电动机三种调速方法
评价种调速方法优缺点调速方法提出定技术济指标通常称调速指标面调速指标做简说明
31调速指标
（1）调速范围
调速范围指电动机额定负载调素时高转速低转速D表示
D
生产机械调速范围求车床D20~100龙门刨床D10~40扎钢机D120~3等
电动机高转速nmax受电动机换机械强度限制低转速相稳定（静差率）求限制
（2）静差率（调速相稳定性）
静差率转速变化率指电动机条机械特性额定负载时转速降落△n该机械特性理想空载转速n0*表示
σ
式中n额定负载转矩TemTL时转速
图31
式出△n相时机械特性越硬额定负载时转速降越静差率σ越转速相稳定性越负载波动时转速变化越图31中机械特性1机械特性2硬静差率机械特性硬度关外理想空载转速n0成反样硬度特性图32中特性1特性3然转速相静差率保证转速相稳定性常求静差率应某允许值（允许值）
图32
调速范围D静差率σ两项性指标相互制约采种方法调速时静差率求较低时较低调速范围反静差率求较高时调速范围果静差率求定时采调速方法调速范围果改变电枢电压调速电枢串电阻调速调速范围调速范围静差率相互制约需调速生产机械必须时出静差率调速范围两项指标便选择适调速方法
（3）调速滑性
调速滑性指相邻两级转速接程度滑系数ψ表示
Ψ
滑系数Ψ越接1说明调速滑性越果转速连续调级数趋穷称级调速Ψ1滑性调速连续级数限称级调速
（4）调速济性
济性包含两方面容指调速需设备调速程中量损耗方面指电动机调速时否充分利台电动机采调速方法时电动机容许输出功率转矩转速变化规律电动机实际输出功率转矩负载需决定负载需功率转矩转速变化规律选择调速方法时满足伏求电动机充分利分析知电枢回路串电阻调速降低电枢电压调速适恒转矩负载调速调速适恒功率负载调速
32 电枢串电阻调速
励直流电动机拖动负载运行时保持电源电压励磁电流额定值变电枢回路中串入阻值电阻电动机运行转速图3—3示图中负载恒转矩负载
图33电枢回路串入电阻R时电动机机械特性斜率增电动机负载机械特性交点移电动机稳定运行转速降低
图33 电枢串电阻调速机械特性
图33中传入电阻>交点转速低交点转速原没外串电阻交点A转速n低
电枢回路串电阻调速方法优点设备简单调节方便缺点调速范围电枢回路串入电阻电动机机械特性变软负载变动时电动机产生较转速变化转速稳定性差调速效率较低
33改变电枢电源电压调速
图34
励直流电动机电枢回路串接电阻调节直流电源电枢供电高电压应超额定电压励磁绕组电源供电般保持励磁磁通额定值
电枢电压时电动机拖动负载运行转速图34中出电枢电源电压额定值时电动机负载机械特性交点A转速n电压降交点转速电压交点转速电压交点转速电枢电源电压越低转速越低样改变点数电源电压调速方法范围额定转速零转速间调节
改变电枢电源电压调速时电动机机械特性硬度变集市电动机低速运行时转速附变动变化幅度较转速稳定性电枢电源电压连续调节时转速变化连续种调速称级调速
改变电枢电源电压调速方法优点调速滑性实现级调速调速效率高转速稳定性缺点需调电源设备投资较高种调速方法直流电力拖动系统中广泛
34弱磁调速
励直流电机电枢电流电压变电枢回路串接电阻电动机拖动负载转矩（额定转矩）时减少直流电动机励磁磁通电动机转速提高励直流电动机带恒转矩负载时弱磁调速图3—5示
图35 弱磁调速机械特性
图35中出励磁磁通额定值ΦN时电动机负载机械特性交点A转速n励磁磁通减少Φ2时理想空载转速增时机械特性斜率变交点A1转速n1励磁电流减少Φ1交点A2转速n2弱磁调速范围额定转速电动机允许高转速间进行调节电动机允许高转速值受换机械强度限制般约12m左右特殊设计调速电动机达3 nN 更高
弱磁调速优点设备简单调节方便运行效率较高适恒功率负载缺点励磁弱时机械特性斜率转速稳定性差拖动恒转矩负载时会电枢电流
实际电力拖动系统中种调速方法结合起样较宽调速范围电动机调速范围转速运行调速时损耗较运行效率较高满足种生产机械调速求
第四章 课程设计容
台励直流电动机参数：
PN29KW
UN440V
IN76A
nN1000rmin
Ra0376Ω
采降低电源电压弱磁调速求低理想空载转速n0min250rmin高理想空载转速n0max1500rmin
求TTN时低转速时静差率
求调速范围
解：TTN
电动势：
空载转速
低速时采降压调速：
静差率
低转速
高速时采弱磁调速UUN变允许高转速时IaIN：
转矩
高转速
调速范围
总结
通讨关励直流电动机调速容知实现调速三种方法：改变电枢电阻调速改变电枢电压调速改变励磁电流调速具体采种方法根具体需方面实际条件决定滑性稳定性济性等
三种调速方法优缺点改变电枢电阻调速缺点较适调速范围调速时间长容量电动机中改变电枢电压调速种性优越调速方法广泛应调速性求较高电力拖动系统中改变励磁电流调速通常改变电枢电压时应调速求高电力拖动系统中扩调速范围实现双调速
通设计深入解励直流电动机调速方法电动机运行原理程新认识知道做学问需严紧思维认真态度次做课程设计收获没体验应该珍惜
心体会
次课程设计花周时间周里直流电机调速理解更深步通查阅书网找资料丰富次设计次课程设计更深远学前奏学课程设计规范严格求课程设计学必须历阶段次设计学知识进行巩固加深知识海洋里发觉许前学懂容课知识进行补充扩展增强学技巧性握重点力
次课程设计许会足方希老师批评会日子里断学提高学力设计会更更全面提高
参考文献
[1]李晓竹 电机拖动 徐州：中国矿业学出版社 2009
[2]唐介 控制微电机 北京：高等教育出版社 19874
[3]王毓东 电机学 杭州浙江学出版社 1990
[4]杨长 电机学 重庆：重庆学出版社 1994
[5]李发海 电机学 北京：科学出版社 1991
[6]刘启新 电机拖动基础 北京：中国电力出版社 2005
[7]汤蕴 电机学 西安：西安交通学出版社 1993
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电机拖动课程设计
题 目 励直流电动机调速系统设计
英文题目 The design of separately excited DC motor speed control system
院 系 电子工程学院
专 业 轨道交通信号控制
姓 名
班级学号
指导老师
l
二零六年X月
摘
直流电动机具良启动制动调速性够快速起制动正反转十分宽广范围滑济调节速度求较高电力拖动系统中广泛应机床电气牵引机车起重设备中采直流电动机拖动生产实践中许生产机械根工艺求需调节转速改变生产机械转速采该变传动机构速实现种方法称机械调速生产中应较电气调速认改变电动机参数参数
励直流电动机具优良调速性宽范围实现滑极调速文介绍励直流电动机调速原理包含电枢串电阻降低电压电源弱磁调速降低电压弱磁结合方式
关键词：励直流电动机调速转速
目 录
摘 II
第章 直流电机 4
第二章 直流电动机结构工作原理 5
21直流电机基结构 5
22 励直流电动机工作原理 6
第三章 励直流电动机调速 7
31调速指标 8
32 电枢串电阻调速 10
33改变电枢电源电压调速 11
34弱磁调速 12
第四章 课程设计容 13
总结 15
心体会 16
参考文献 17
第章 直流电机
直流电机生产直流电机电量转换机械机械转换直流电称直流发电机电转换机械成直流电动机交流电动机（三相异步电动机）相然结构较复杂生产成较高障较等目前已交流电动机应普遍具优良调速性较启动转矩广泛应节仅直流电动机结构工作原理直流电动机分类印刷设备中应直流电动机启动调速做简单介绍
图直流电动机结构原理图图中NS固定动磁极产生需磁场容量较电机磁场直流励磁电流通绕磁极铁心励磁绕组产生清晰图中画出磁极铁心没画出励磁绕组N极S极间绕轴旋转绕组直流电机部分称电枢实际电机电枢绕组嵌铁心槽电枢绕组电流称电枢电流
线圈两端分两彼绝缘线圈轴旋转铜片连接铜片压着固定动电刷
直流电动机中产生方始终电磁转矩外部电路中直流电流必须改变成电机部交流电流程称电流换换铜片称换片互相绝缘换片组合总体称换器
图11 直流电动机结构原理
第二章 直流电动机结构工作原理
21直流电机基结构
直流电机静止定子旋转转子两部分组成定转子间定间隙称气隙定子作产生磁场电机机械支撑磁极换极机座端盖电刷装置等部件组成转子作产生感应电动势电磁转矩电枢铁芯电枢绕组换器转轴风扇等部件组成
（） 定子部分
1磁极
磁极产生气隙磁场电枢表面外气隙空间里产生定形状分布气隙磁密磁极极铁芯励磁线圈组成极铁芯1~15mm厚低碳钢板成定形状然叠压铆钉铆起面套事先绕制励磁线圈整磁极螺钉固定机座表面
2换极
换极改善直流机换性换极换极铁芯套铁芯换极绕组组成
3机座
机座方面固定磁极换极端盖等部件助低脚电机固定基础起机械支撑作方面电机磁路部分定子磁轭导磁作机座般导磁性较铸钢厚钢片焊接成
4电刷装置
电刷装置固定电刷旋转转换器保持滑动接触电枢电路外电路接通电流电刷输入电枢电枢输出
（二） 转子部分
1 电枢铁芯
电枢铁芯作嵌放电枢绕组通磁通
2 电枢绕组
电枢绕组作产生感应电势通电流实现机电转换
3 换器
换器作电枢线圈中交流变换电刷间直流电刷间直流逆变电枢线圈中交流
22 励直流电动机工作原理
图21 励直流电动机工作原理
AB间外加直流电压A接电源正极B接负极线圈中电流流线圈处图21示位置时效边abN极cds极两边中电流方a→bc→d安培定律知ab边cd边受电磁力：
FBIL
式中I导线中电流单位安（A）根左手定知两F方相反形成电磁转矩驱线圈逆时针方旋转线圈转180°时cd边处N极ab边处S极换器作两效边中电流方原相反变d→cb→a两极面效边中电流方保持变受力方电磁转矩方变
见正直流电动机采换器结构电枢线圈中受电磁转矩保持变电磁转矩作电枢逆时针方旋转时电动机作原动机带动生产机械旋转电动机机械负载输出机械功率
直流电动机中必须电枢绕组外接直流电源外励磁绕组通直流电流建立磁场电枢绕组励磁绕组两电源单独供电公电源供电励磁方式直流电动机分励励串励复励等形式励磁方式特性
励电动机励磁绕组电枢绕组分两电源供电励电动机采单独励磁电源设备较复杂种电动机调速范围宽机拖动中
图22 励电动机
第三章 励直流电动机调速
提高劳动生产率保证产品质量求生产机械情况工作速度扎钢机扎制品种厚度钢材时必须工作速度保证生产需种改变速度方法称调速
机械方法电气方法实现调速里分析电气调速方法性特点电气调速改变电气参数意识电动机工作点条机械特性曲线转换条机械特性曲线生产需电动机转速进行种控制电机负载电压机波动时引起转速扰动变化两概念
根直流电动机调速公式n
见电枢电流变时（负载变）电枢电压U电枢电路附加电阻极磁通ф三参数中意改变引起转速变化励直流电动机三种调速方法
评价种调速方法优缺点调速方法提出定技术济指标通常称调速指标面调速指标做简说明
31调速指标
（1）调速范围
调速范围指电动机额定负载调素时高转速低转速D表示
D
生产机械调速范围求车床D20~100龙门刨床D10~40扎钢机D120~3等
电动机高转速nmax受电动机换机械强度限制低转速相稳定（静差率）求限制
（2）静差率（调速相稳定性）
静差率转速变化率指电动机条机械特性额定负载时转速降落△n该机械特性理想空载转速n0*表示
σ
式中n额定负载转矩TemTL时转速
图31
式出△n相时机械特性越硬额定负载时转速降越静差率σ越转速相稳定性越负载波动时转速变化越图31中机械特性1机械特性2硬静差率机械特性硬度关外理想空载转速n0成反样硬度特性图32中特性1特性3然转速相静差率保证转速相稳定性常求静差率应某允许值（允许值）
图32
调速范围D静差率σ两项性指标相互制约采种方法调速时静差率求较低时较低调速范围反静差率求较高时调速范围果静差率求定时采调速方法调速范围果改变电枢电压调速电枢串电阻调速调速范围调速范围静差率相互制约需调速生产机械必须时出静差率调速范围两项指标便选择适调速方法
（3）调速滑性
调速滑性指相邻两级转速接程度滑系数ψ表示
Ψ
滑系数Ψ越接1说明调速滑性越果转速连续调级数趋穷称级调速Ψ1滑性调速连续级数限称级调速
（4）调速济性
济性包含两方面容指调速需设备调速程中量损耗方面指电动机调速时否充分利台电动机采调速方法时电动机容许输出功率转矩转速变化规律电动机实际输出功率转矩负载需决定负载需功率转矩转速变化规律选择调速方法时满足伏求电动机充分利分析知电枢回路串电阻调速降低电枢电压调速适恒转矩负载调速调速适恒功率负载调速
32 电枢串电阻调速
励直流电动机拖动负载运行时保持电源电压励磁电流额定值变电枢回路中串入阻值电阻电动机运行转速图3—3示图中负载恒转矩负载
图33电枢回路串入电阻R时电动机机械特性斜率增电动机负载机械特性交点移电动机稳定运行转速降低
图33 电枢串电阻调速机械特性
图33中传入电阻>交点转速低交点转速原没外串电阻交点A转速n低
电枢回路串电阻调速方法优点设备简单调节方便缺点调速范围电枢回路串入电阻电动机机械特性变软负载变动时电动机产生较转速变化转速稳定性差调速效率较低
33改变电枢电源电压调速
图34
励直流电动机电枢回路串接电阻调节直流电源电枢供电高电压应超额定电压励磁绕组电源供电般保持励磁磁通额定值
电枢电压时电动机拖动负载运行转速图34中出电枢电源电压额定值时电动机负载机械特性交点A转速n电压降交点转速电压交点转速电压交点转速电枢电源电压越低转速越低样改变点数电源电压调速方法范围额定转速零转速间调节
改变电枢电源电压调速时电动机机械特性硬度变集市电动机低速运行时转速附变动变化幅度较转速稳定性电枢电源电压连续调节时转速变化连续种调速称级调速
改变电枢电源电压调速方法优点调速滑性实现级调速调速效率高转速稳定性缺点需调电源设备投资较高种调速方法直流电力拖动系统中广泛
34弱磁调速
励直流电机电枢电流电压变电枢回路串接电阻电动机拖动负载转矩（额定转矩）时减少直流电动机励磁磁通电动机转速提高励直流电动机带恒转矩负载时弱磁调速图3—5示
图35 弱磁调速机械特性
图35中出励磁磁通额定值ΦN时电动机负载机械特性交点A转速n励磁磁通减少Φ2时理想空载转速增时机械特性斜率变交点A1转速n1励磁电流减少Φ1交点A2转速n2弱磁调速范围额定转速电动机允许高转速间进行调节电动机允许高转速值受换机械强度限制般约12m左右特殊设计调速电动机达3 nN 更高
弱磁调速优点设备简单调节方便运行效率较高适恒功率负载缺点励磁弱时机械特性斜率转速稳定性差拖动恒转矩负载时会电枢电流
实际电力拖动系统中种调速方法结合起样较宽调速范围电动机调速范围转速运行调速时损耗较运行效率较高满足种生产机械调速求
第四章 课程设计容
台励直流电动机参数：
PN29KW
UN440V
IN76A
nN1000rmin
Ra0376Ω
采降低电源电压弱磁调速求低理想空载转速n0min250rmin高理想空载转速n0max1500rmin
求TTN时低转速时静差率
求调速范围
解：TTN
电动势：
空载转速
低速时采降压调速：
静差率
低转速
高速时采弱磁调速UUN变允许高转速时IaIN：
转矩
高转速
调速范围
总结
通讨关励直流电动机调速容知实现调速三种方法：改变电枢电阻调速改变电枢电压调速改变励磁电流调速具体采种方法根具体需方面实际条件决定滑性稳定性济性等
三种调速方法优缺点改变电枢电阻调速缺点较适调速范围调速时间长容量电动机中改变电枢电压调速种性优越调速方法广泛应调速性求较高电力拖动系统中改变励磁电流调速通常改变电枢电压时应调速求高电力拖动系统中扩调速范围实现双调速
通设计深入解励直流电动机调速方法电动机运行原理程新认识知道做学问需严紧思维认真态度次做课程设计收获没体验应该珍惜
心体会
次课程设计花周时间周里直流电机调速理解更深步通查阅书网找资料丰富次设计次课程设计更深远学前奏学课程设计规范严格求课程设计学必须历阶段次设计学知识进行巩固加深知识海洋里发觉许前学懂容课知识进行补充扩展增强学技巧性握重点力
次课程设计许会足方希老师批评会日子里断学提高学力设计会更更全面提高
参考文献
[1]李晓竹 电机拖动 徐州：中国矿业学出版社 2009
[2]唐介 控制微电机 北京：高等教育出版社 19874
[3]王毓东 电机学 杭州浙江学出版社 1990
[4]杨长 电机学 重庆：重庆学出版社 1994
[5]李发海 电机学 北京：科学出版社 1991
[6]刘启新 电机拖动基础 北京：中国电力出版社 2005
[7]汤蕴 电机学 西安：西安交通学出版社 1993
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