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1、课课程程设计说设计说明明书书直流电机调速电路的设计系 、 部： 学生姓名： 指导教师： 专 业： 班 级： 完成时间： 摘摘 要要将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，被国际电工委员会命名为电力电子学或称为电力电子技术，他是一门综合了电子技术，控制技术和电力技术的新兴交叉学科。直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用，用作直流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，仍得到广泛使用。直流电动机是人类最早发明和应用
2、的有一种电机。直流电动机是将直流电转换为的旋转机械。他与交流电动机相比，虽然直流电动机因为结构复杂，维护困难，价格比较贵等缺点制约了它的发展，应用不如交流电动机广泛。但由于直流电动机有优良的启动，调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。关键词关键词 电力电子技术；直流电动机；机械能ABSTRACTWill the electronic technology and control technology into the traditional power technology, using semiconductor switching parts of all kinds of po
3、wer transformation of electric power circuit implementation transformation and control, constitute a complete discipline, be door to the international electrotechnical commission named power electronics or called power electronic technology, he is a comprehensive electronic technology, control techn
4、ology and the emerging interdisciplinary power technology. Dc motor is one of the main types of the motor. A dc motor as a generator can use, also can use as a motor, used as dc generators can get dc power, and as a dc motor, since it has good performance of speed adjustment, in many speed performa,
5、 is still widely used. Dc motor is the earliest human invention and application of a kind of motor. Current motor is converted to dc of rotating machine. He compared with ac motor, although dc motor for the complex structure, maintenance difficulties, price is more expensive shortcomings constrains
6、its development, the application as ac motor widely. But because of dc motor with fine start, speed and braking performance, so in industry still has a place.Key words power electronic technology; dc motor; mechanical energy目目 录录1 绪论51.1 概述.51.2 直流电动机的基本理论.51.2.1 直流电动机的工作原理.5 1.2.2 直流电动机的调速.61.3 直流脉
7、宽调速系统.81.3.1 概述.8 1.3.2 直流脉宽调速系统的工作原理.82 系统设计方案.102.1 直流电动机调速电路102.1.1 主要设计特点 10 2.2.2 布线图10 2.1.3 注意事项113 元器件介绍.123.1 SG2731 123.1.1 SG2731 结构及原理 .12 3.1.2 SG2731 引脚及功能 .14 3.1.3 SG2731 典型应用(电路参数见表 3).143.2 三极管 C4466 和 A1693.154 直流电动机调速电路的测试.164.1 直流电动机调速电路的测试164.1.1 测试步骤.16 4.1.2 测试结果.165 实验总结.176
8、 参考文献.18 7 致谢 181 绪论绪论1.11.1 概述概述直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为发电机使用，也可作为电动机使用，用作直流发电机可以得到直流电源，而作为直流电动机，由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，仍得到广泛使用。直流电动机是人类最早发明和应用的有一种电机。直流电动机是将直流电转换为机械能的旋转机械。他与交流电动机相比，虽然直流电动机因为结构复杂，维护困难，价格比较贵等缺点制约了它的发展，应用不如交流电动机广泛。但由于直流电动机有优良的启动，调速和制动性能，因此在工业领域中仍占有一席之地。1.21.2 直流电动机的基本理论直流电动机的基本
9、理论1.2.11.2.1 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换， 即进行所谓“换向” 。 为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理归结如下：图 1 直流电动机的工作原理将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。电机内部有磁场存在。载流的转子（即电枢）导体
10、将受到电磁力 f 的作用，f=Bli.所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以 n(转|分)旋转，以便拖动机械负载1.2.21.2.2 直流电动机的调速直流电动机的调速改变直流电动机的转速 n 和其他参量的关系可表示式中 Ua电枢供电电压（V） ；Ia 电枢电流（A） ；励磁磁通（Wb） ；Ra电枢回路总电阻（） ；CE电势系数， ，p 为电磁对数，a 为电枢并联支路数，N 为导体数。由式 1 可以看出，式中 Ua、Ra、 三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法：(1)改变电枢回路总电阻 Ra；(2)改变电枢供电电压 Ua；(3)
11、改变励磁磁通。1. 改变电枢回路电阻调速各种直流电动机都可以通过改变电枢回路电阻来调速，当负载一定时，随着串入的外接电阻 Rw 的增大，电枢回路总电阻 R=(Ra+Rw)增大，电动机转速就降低。其机械特性如图 1(b)所示。Rw 的改变可用接触器或主令开关切换来实现。这种调速方法为有级调速，调速比一般约为 2：1 左右，转速变化率大，轻载下很难得到低速，效率低，故现在已极少采用。调速性能如下：（1）调速方向是往下调。（2）调速的平滑性取决于调速变阻器的调节方式。（3）调速的稳定性差。因为电阻增大后，机械特性硬度降低，静差率增大。（4）调速的经济性差，因为初期投资虽然不大，但损耗增加，运行效率低
12、。（5）调速范围不大，因为低速时静差率的限制。（6）调速时的允许负载为恒转矩负载。2. 改变电枢电压调速连续改变电枢供电电压，可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级调速。降低电枢电压时，电动机机械特性平行下移。负载不变时，交点也下移，速度也随之改变。 优点：调速后，转速稳定性不变、无级、平滑、损耗小。 缺点：只能下调，且专门设备，成本大。 （可控硅调压调速系统）下面分别介绍这两种调速系统。3. 改变励磁电流调速当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。由式（1）可看出，电动机的转速与磁通 （也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速 n 升高；反之，则 n 降低。与此同时，由于电动
13、机的转矩 Te 是磁通 和电枢电流 Ia 的乘积（即 Te=CTIa） ，电枢电流不变时，随着磁通 的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。所以，在这种调速方法中，随着电动机磁通 的减小，其转矩升高，转矩也会相应地降低。在额定电压和额定电流下，不同转速时，电动机始终可以输出额定功率，因此这种调速方法称为恒功率调速。这种调速方法的调速性能如下：（1）调速方向是往上调，因为励磁电流不能超过其额定值，因此只能减小励磁电流，从而使磁通减小，转速上升。（2）调速的平滑性好，只要均匀的调励磁电流的大小便可以实现无能调速转速增加，静差率不变。（3）调速的稳定性好，虽然励磁电流减小时，机械特性硬度下降，但因理
14、想空载转速增加，静差率不变。（4）调速的经济性较好，因为它是在功率较小的励磁电路内控制励磁电流的，功率损耗小，运行费用低。但基本采用电压可调的直流电源供电，则需增加初期投入。（5）调速的范围因为受机械强度、电枢电压的去磁作用和换向能力的限制，最高转速和换向能力的限制，最高转速一般只能达到额定转速的 1-2 倍，所以调速范围不大。（6）调速时的允许负载为恒功率负载1.31.3 直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统1.3.11.3.1 概述概述直流脉宽调速系统是由脉宽调制变换器(简称 PWM 变换器)对直流电动机电枢供电的自动调速系统。脉宽调制变换器是把脉冲宽度进行调制的一种直流斩波器，其基本原理已在
15、电力电子技术中阐述。自从全控式电力电子器件问世以来，应用于实践的脉宽调速系统，以它的线路简单，谐波少，损耗小，效率高和静、动态性能好等优势，引发了直流调速领域的一场革命。将直流 PWM 调速推广到一般工业应用中取代晶闸管相控式整流器调速有着广阔的前景。只是由于器件的发展，同时带来交流变压变频调速的更快速发展，使得直流 PWM 调速还没有来得及完全占领市场，几乎是刚刚兴起，就变成了传统领域。不过，在一些仍需要使用直流电动机的场合，例如电动叉车、城市无轨电车、地铁机车等，直流 PWM 调速仍有用武之地。1.3.21.3.2 直流脉宽调速系统的工作原理直流脉宽调速系统的工作原理直流 PWM 调速系统主回路由二极管整流桥、滤波电容、缓冲电阻、斩波功率绝缘场效应管 MOSFET 及续流二极管组成,如图 2 所示。整流电路因系统输出功率大小不同而异,小功率输入电源多用单相 220V,整流电路为单相桥式整流桥;功率较大的,一般用三相 380 V 电源,整流电路为三相桥式全波整流电路。整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压,必须加以滤波。该系统的直流斩波器采用PWM 控制方式,实现 DC-DC 变换,要求直流电源是电压源。所以一般采用电容滤波中间直流电路除起滤波作用外,还必须在整流电路与逆变器之间起去耦作用,以消除相互干扰。由于储能电容大,有必要在整流桥的输出端
