直流電動機調(diào)速設計

1、直流電動機調(diào)速設計直流電動機調(diào)速設計、要點：加深對電機與拖動這門學科的理解，拓展知識面，并了解直流電動機調(diào)速在 實際生產(chǎn)中的應用。要在設計的過程中充分利用已經(jīng)掌握的電機與拖動的知識來解決問題，要做到 理論聯(lián)系實踐。通過計算和繪圖，學會運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關技術指標資料等， 培養(yǎng)電機設計的基本技能。掌握對直流電動機的三中調(diào)速方法；掌握各種方法對直流電機調(diào)速的原理和步驟；理解各種方法電機調(diào)速的優(yōu)缺點；培養(yǎng)獨立思考問題和獨立解決問題的能力。、原理：（一）、直流電動機的物理模型：直流電動機的物理模型圖電刷繞組線團這是分析直流電機的物理模型圖。其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分

2、還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞 在環(huán)形鐵心上的繞組。（其中2個小圓圈是為了方便表示該位置上的導體電勢或電流的方 向而設置的）上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設了一 對直流勵磁的靜止的主磁極 N和S,在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之 間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由 A和X兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端 分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成 的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放 置著一對固定不動的電刷 B1和B2，當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外

3、電路 接通。（二）、直流電動機的工作原理（二）、直流電動機的勵磁方式：（1）定義：直流電機產(chǎn)生磁場的勵磁繞組的接線方式稱為勵磁方式，實質(zhì)上 就是勵磁繞組和電樞繞組如何連接，就決定了它是什么勵磁方式。（2）分類：他勵式和自勵式他勵式：若勵磁繞組不和電樞繞組連接，勵磁繞組單獨有其他電源供電的直流電機稱為他 勵式直流電機。自勵式：分為串聯(lián)式、并勵式、復勵式三種 。（四）、直流電動機的分類：1 、他勵直流電動機；2 、并勵直流電動機；3 、串勵直流電動機；4 、復勵直流電動機。（五）、調(diào)速的含義：在實際的生產(chǎn)過程中，很多方面都要求能改變電機的工作速度。例如金屬切削機床， 由于加工工件的精度要求不同，對

4、電機工作時的速度的要求也就不同。所謂調(diào)速就是根據(jù) 電力拖動系統(tǒng)的負載特系的特點，通過改變電動機的電源電壓、電樞回路電阻或減弱磁通 而改變來改變電動機的特性來人為的達到給系統(tǒng)調(diào)速的目的，以滿足實際的工作需要的一種方法。（六）、調(diào)速的方法有三種：、改變電樞電阻調(diào)速;2 、改變電樞電壓調(diào)速;3 、改變勵磁電流調(diào)速。（七）、三種調(diào)速方法的具體分析：A、改變電樞電阻調(diào)速：以直流電動機拖動通風負載為例，其機械特性如圖5-2 :這種調(diào)速方法的調(diào)速性能如下:、調(diào)速方向是往下調(diào)。、調(diào)速的平滑性取決于調(diào)速變阻器的調(diào)節(jié)方式。 如果能均勻的調(diào)節(jié)變阻器的電阻值, 可以實現(xiàn)無級調(diào)速。不過，一般調(diào)速電阻多為分級調(diào)節(jié)，故為有

5、級調(diào)速。、調(diào)速的穩(wěn)定性差，因為 Ra增加后，機械特性硬度降低，靜差率增大。、調(diào)速的經(jīng)濟性差，因為初期投資雖然不大，但損耗增加，運行效率低。、調(diào)速范圍不大，因受低速是靜差率的限制，調(diào)速時允許的負載為恒轉(zhuǎn)矩負載。因為調(diào)速時的基本不變，滿載電流既額定電 流Ian 一定，因此，各種轉(zhuǎn)速下允許輸出的轉(zhuǎn)矩不同，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。改變電樞電阻調(diào)速時缺點甚多，所以只適用于調(diào)速范圍不大，調(diào)速時間不長的小容量 電動機中。改變電樞電阻調(diào)速B、改變電樞電壓調(diào)速：以直流電動機拖動通風負載為例，其特性如圖5-3 :圖改變電樞電壓調(diào)速這種調(diào)速方法的調(diào)速性能如下：、調(diào)速方向是往下調(diào)。、調(diào)速的平滑性好，只要均勻的調(diào)節(jié)電樞電壓就可以

6、實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速。、調(diào)速的穩(wěn)定性比改變電樞電阻調(diào)速要好的多，但是隨著電壓的減小，轉(zhuǎn)速的降 低，穩(wěn)定性會逐漸的變差。這是因為電樞電壓減小時，機械特性的硬度雖然不變，但是理 想空載轉(zhuǎn)速降低，靜差率逐漸增大。、調(diào)速的經(jīng)濟性方面初期投資較大，需要專用的可調(diào)壓直流電源。、調(diào)速范圍大，比改變電樞電阻調(diào)速的范圍大的多。改變電樞電壓調(diào)速時這是一種性能優(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)中調(diào)速時的允許負載為恒轉(zhuǎn)矩負載。C、改變勵磁電流調(diào)速:以電動機拖動恒功率負載負載為例，其特性如圖:這種調(diào)速方法的調(diào)速性能如下：、調(diào)速方向是往上調(diào)，因為勵磁電流不能超過起額定值，因此只能減小歷次電流， 從

7、而是磁通減小，轉(zhuǎn)速上升。、調(diào)速的平滑性好，只要均勻的調(diào)節(jié)勵磁電流的大小就可以實現(xiàn)無級調(diào)速。、調(diào)速的穩(wěn)定性好，雖然勵磁電流減小時，機械特性硬度下降，但理想空載轉(zhuǎn)速增 加，靜差率不變。、調(diào)速的經(jīng)濟性好，因為它是在功率較小的勵磁電路內(nèi)控制勵磁電流的，功率損耗 小，運行費用低。、調(diào)速范圍因受機械強度、電樞反映的去磁作用和換向能力的限制，最高轉(zhuǎn)速一般 只能達到額定轉(zhuǎn)速的1.2-2倍，所以調(diào)速范圍不大。但若選用專供這種調(diào)速方法用的特制 直流電動機，其額定轉(zhuǎn)速較低，最高轉(zhuǎn)速可達額定轉(zhuǎn)速的 3-4倍。、調(diào)速時的允許負載為恒功率負載。因為電動機的額定電流一定，減小時，允許 輸出的轉(zhuǎn)矩減小，但因轉(zhuǎn)速增加了，允許輸

8、出的功率基本上沒有變化，故為恒功率調(diào)速。弱磁調(diào)速在對調(diào)速要求很高的電力拖動系統(tǒng)中通常都是同時采用改變電樞電壓和改變 勵磁電流兩種調(diào)速方法，從而可擴大調(diào)速范圍，實現(xiàn)雙向調(diào)速。三、課程設計內(nèi)容一臺他勵直流電動機，參數(shù)如下：PN= 4 KWU aN=160 VI aN=34.4 An n=1450 r/mi nRl=0.076 Q1、用其拖動通風機負載運行，若采用電樞串電阻調(diào)速時，要使轉(zhuǎn)速降至1200r/min， 試設計電樞電路中的調(diào)速電阻。2 、用其拖動恒轉(zhuǎn)矩負載運行，負載轉(zhuǎn)矩等于電動機的額定轉(zhuǎn)矩，采用改變電樞電壓 調(diào)速時，要使轉(zhuǎn)速降至1000r/min,試設計電樞電壓值。3 、用其拖動恒功率負載

9、運行，采用改變勵磁電流調(diào)速，要使轉(zhuǎn)速增至1800r/mi n,試設計Ce值。內(nèi)容解析：1.采用電樞串電阻調(diào)速：電動機的電樞電阻Ra=(U-PN/| aN)/I an=(160-4000/34.4)/34.4=1.27Q在額定狀態(tài)下運行時E=UN-RalaN=(160-1.27 X 34.4)V=116.31V=E/ nN=116.31/1450=0.0802CT =60。 /2=(60 X 0.0802)/(2 X 3.14)=0.766Tn=60FN/2 nn=(60 X 4000)/(2 X 3.14 X 1450)N.m=26.36.N.m由于通風機負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，故n=1

10、200r/min時的轉(zhuǎn)矩為:T=(n/nN)2 Tn=(1200/1450) X 26.36N.m=18.05N.mn o=UaN/CE =160/0.0802r/mi n=1995r/mi n n=no- n=1995-1450=545r/min由于 n=(Ra+Rr) X T/CnCtQ =0.585 QRr=A nCEC 2/T- Ra=(545X 0.0802 X 0.766 -1.27)2、采用改變電樞電壓調(diào)速：由上步1已經(jīng)求得：Ra= 1.27 Q;Ce=0.0802 ;CT=0.766 ;TN=26.36 N m電樞電壓減小后：2 n= Ra T/CeCT=(1.27 X 26.36)/0.0802 X 0.766=544.94r/minn0=n+ n=(1000+544.94)r/mi n=1544.94r/mi n由此求得：Ua=Ce& n=0.0802 X 1544.94v=123.9v采用改變勵磁電流調(diào)速：由上步1、已經(jīng)求得：Ra=1.27QTN=26.36 N m由于恒功率負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比關系，故忽略空載轉(zhuǎn)矩時，調(diào)速后的電磁轉(zhuǎn)矩為: