直流电动机无级调速毕业设计

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1、毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目直流电动机无级调速学院： 北京化工大学 专业: 机电一体化 班级: 华电专111学生： 指导教师： 陈慧荣1. 设计（论文）的主要任务及目标（1）本次的设计任务就是直流电动机无级调速的设计，使其能更好的为我们的生产 和生活服务。（2）本次的设计目的就是要求设计要使得电动机转速可以由零平滑调至额定转速， 能实现咼速起动，具有较咼的调速精度。2. 设计（论文）的基本要求和内容（1）直流电动机的基本知识（2）直流电动机的运行原理（3）主电路以及控制电路的设计3. 主要参考文献1 张家生.电机原理与拖动基础.北京邮电学院出版社，2006年2 唐介电机与拖动北京:高

2、等教育出版社,2003年3 陈世元.电机学.中国电力出版社，2004年4 徐邦荃直流调速系统与交流调速系统.华中科技大学出版社,2008年5赵影电机与电力拖动.北京:国防工业出版社,2006年4进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期1 论文初稿2012年12月27日2 第一次修改2012年12月30日3第二次修改2013年01月08日4 第三次修改2013年02月17日5 论文终稿2013年03月16日直流电动机无极调速摘要本设计主要是运用调速系统对直流电动机进行调速，使其实现无级的效果。此调 速系统由主电路和控制电路两部分组成：主电路是采用晶闸管可控整流装置进行调速; 控制电路是采用双闭环速

3、度电流调节方法进行反馈。系统采用调压调速的调速方法可 以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，只要 输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速。双闭环速度电流调节这种方 法虽然初次头次成本相对而言较高，但它保证了系统的性能，保证了对生产工艺要求 的满足，它既兼顾了启动时的电流的动态过程，又保证稳态后速度的稳定性，在起动 过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。达到稳态后，只要转速负反馈， 不让电流负反馈发挥主要作用很好地满足了生产需要。关键词：无级调速；双闭环；晶闸管目录第1章前言1第1节问题提出的意义1第1.2节 国产直流电机简介2第1.3节 直流

4、电动机的发展现状及趋势2第2章直流电动机的概述5第2.1节直流电动机的基本知识52.1.1直流电动机的基本结构52.1.2直流电动机的工作原理62.1.3直流电动机的组成及分类7第2.2节 直流电动机运行原理92.2.1直流电动机的励磁方式92.2.2直流电动机的基本方程102.2.3直流电动机的机械特性11第3章设计任务与要求16第3.1节设计任务16第3.2节 设计要求与性能指标16第4章电路设计18第4.1节主电路设计184.1.1电机参数计算和晶闸管容量参数计算184.1.2整流电路的选择204.1.3整流器件的选择214.1.4触发电路的选择214.1.5稳压电源的选择224.1.6

5、主电路保护器件选择23第4.2节 控制电路设计234.2.1双闭环调速系统的组成254.2.2双闭环直流调速系统的启动过程分析264.2.4转速和电流两个调节器的作用 29第4.3节调速系统主、控电路图 30第4.4节调试过程31总结33参考文献34致谢35第1章前言第1节问题提出的意义随着科学技术的迅猛发展，电气设备发展日新月异。尤其以计算机、信 息技术为代表的高新技术的发展，使制造技术的内涵和外延发生了革命性的 变化，传统的电气设备设计、制造技术不断吸收信息控制、材料、能量及管 理等领域的现代成果，综合应用于产品设计、制造、检测、生产管理和售后 服务。在生产技术和生产模式等方面，许多新的思

6、想和概念不断涌现，而且, 不同科学之间相互渗透、交叉融合，迅速改变着传统电气设备制造业的面貌, 从而使得产品频繁的更新换代，这就使得电机成为社会生产和生活中必不可 少的工具。随着科学技术的不断发展，人类社会的不断进步，人们对生活产品的需 求要不断趋向多样化，这就要求生产设备必须具有良好的动态性能，在不同 的时候进行不同的操作，完成不同的任务。为了使系统具有良好的动态性能 必须对系统进行设计。特别是大型的钢铁行业和材料生产行业，为达到很高 的控制精度，速度的稳定性，调速范围等要求，又由于交流调速在当时尚未 解决好调速控制问题，调速范围不大，控制精度低，快速性差等性能指标不 满足生产工艺的要求，所

7、以当时大量使用的是直流电动机调速系统，尤其是 直流无级调速系统，它具有调速性能好，范围宽，动态性能好等优点，特别 是设计简单方便，虽然随着控制技术以及电力电子技术的的发展，制造工艺 技术的提高，大量出现交流调速的传动系统，但直流传动所具有的优点特征, 至今仍大量广泛地使用直流调速。因此实现直流无级调速对我们社会生产和 生活有着重大的意义。第1.2节国产直流电机简介为了满足各行业按不同运行条件对电动机提出的要求，将直流电机制造 成不同型号的系列。所谓系列就是指结构形状基本相似，而容量按一定比例 递增的一系列电机。它们的电压、转速、机座型号和铁心长度都是一定的等 级。现将我国目前生产的几个主要系列

8、直流电机简要的介绍如下。Z2系列为普通用途的中、小型电机。它的容量从400W到200KW,电动 机的额定电压有200V和110V两种，额定转速有3000、1500、1000、750及 600r/min五个等级。Z2系列普通用途的中型直流电动机，容量从40KW到 370KW。ZJD系列为大型直流电动机，容量从150KW到6500KW，主要用于驱动 大型轧钢机及卷扬机。第1.3节 直流电动机的发展现状及趋势随着电力半导体交流技术的日益发展成熟，直流电机在许多领域已被整 流装置代替，但直流电动机具有良好的启动、调速和正反转特性，能满足生 产过程中的各种特殊要求，因而在需要宽广调速的场合及特殊要求的自

9、动化 控制系统中占有一定得应用地位。目前，我国电机有一定生产规模的企业有500多家，生产的电机产品有 500多个系列，近1500个品种。1997年我国电机产量约为55288MW，1998 年约为72505MW，1999年约为62000MW。电动机出口量约为12000MW。 可以看出1998年较1997年电机产量有较大的提高，到1999年电机产量略有 下降，企业负债持续攀升，效益不断下滑，行业整体形势有所下降。745918但随着改革开放的深入，国家宏观政策的调整以及市场需求的推动，我 国电机产品由劳动密集型、资源密集型向高附加值和高技术含量的产品转移, 出口产品结构也逐步趋向于市场化和合理化。我

10、国500多个电机企业大多集 中在沿海地区，西部地区的企业寥寥无几，在国家开发西部的大好机遇里， 对电机行业的发展提供了一个发展的机会。另外，我国加入WTO后，可将 国内一部分富裕的电机生产能力转移到国外去，也是发展的一条出路。在国际市场上，电机是机电产品的重要组成部分之一，每年的贸易额约 35亿美元。电机行业单机出口产品主要为交流电动机、交流发电机及直流电 动机。由上述可以看到电机的发展还是有很大发展空间的。为了发展电机产品， 满足客户需求，扩大国内、国际市场，电机产品必须向多用途、多品种方向 发展，向高效、节能方向发展。要开拓市场、扩大出口，今后电机行业的发 展必须向以下几方面努力：1. 电

11、机的多用途、多品种随着电机行业的不断发展，电机产品的外延和内涵也不断拓展，电机产 品也广泛应用于能源、交通、石油、化工、建筑等各个领域，并且电机的通 用性逐渐向专用性方向发展，打破了过去同一类电机分别用于不同性质、场 合的局面。电机正向专用性、特殊性、个性化方向发展，充分发挥电机的效 率，这也是国外电机发展的最新观点。2可靠性高、寿命长、噪声低、重量轻、外形美观改革的不断深入，市场的全面开放，市场竞争的日渐激烈，用户对产品 高性能的要求，使得产品的生产者为了适应市场及用户的需求，不断地改进 工艺，提高技术水平，采用新材料，设计出符合市场需求的电机产品。 3高效、节能为了提高电机效率，实现节能的

12、目的，我们采用了许多办法，如采用降 低起动转矩、电容补偿、阻尼槽等，但这都是在频率不变的条件下实现的。 自从有了逆变器之后，电源的变频变压变得更加容易，从而可以调节异步电 机在最佳工作点上运行，保证出力不变的情况下，可用最大效率和高功率因 数代替额定效率和额定功率因数，减小了电机尺寸，减轻其重量和降低成本。 4机电一体化、智能化随着科学技术的发展，高新技术对电机产品注入了新的活力，计算机辅 助设计的运用、国家政策的鼓励、各企业对科技的重视使新产品开发的周期 逐渐缩短，机电一体化、智能化电机，应运而生，并且不断推陈出新，在高 新技术产品上我国电机的技术水平与发达国家相比，已水平相当。但我国的 电

13、机产品要扩大国内、国际市场份额除了要满足以上的要求外，我们还要强 化市场竞争意识、市场服务意识，在未来的电机行业大发展中独占鳌。第2章直流电动机的概述第2.1节 直流电动机的基本知识2.1.1直流电动机的基本结构直流电机的结构是多种多样的，但任何直流电机都包括定子部分和转子 部分，这两部分间存在着一定大小的气隙，使电机中电路和磁场发生相对运 动。直流电机定子部分主要由主磁极、电刷装置和换向极等组成，转子部分 主要由电枢绕组、换向器和转轴等构成。结构图如图2-1。图2-1直流电机结构图1-电刷；2-磁轭；3-永久磁钢；4-极靴；5-电枢绕组；6-内磁轭1. 定子部分(1) 主磁极：其作用是产生磁

14、场。通常用厚1-1.5mm的低碳钢片叠装而成。 在磁极铁心上绕有励磁绕组，整个磁极利用螺杆固定在磁轭上。(2) 换向极：其作用是改善换向，使电机运行时电刷下不产生有害的火花。换向极也是由铁心及绕组组成，换向极绕组与电枢绕组串联。(3) 机座：机座分磁轭和底脚两部分。磁轭的作用是固定主磁极和换向极， 是磁路的一部分。底脚起支撑和固定整台电机的作用。机座一般式用铸钢铁 制造或钢板焊接而成。2. 转子部分(1) 电枢铁心:电枢铁心是磁路的一部分，表面开槽以嵌放电枢绕组，为减 少铁耗，采用0.35-0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，固定在转子支 架或转轴上。(2) 电枢绕组:电枢绕组由许多按一

15、定规则连接起来的线圈组成，是通过电 流和产生电动势的关键性部件。线圈用带绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成。 嵌放在电枢铁心表面的槽内直流电机采用双层绕组，每槽内的线圈边分上、 下两层，上下层之间及线圈于铁心之间都是要可靠绝缘。槽口用槽契压紧， 再用钢丝或玻璃丝带扎紧，大型电机中，绕组伸出槽外的端接部分应扎紧在 支架上。2.1.2直流电动机的工作原理电动机是一种把电能转变为机械能的机械。它的基本原理是利用带电导 体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分： 转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方 式决定电动机的类型及其特性。绝大多数的电动机都须作连续的转运动的电磁力形成一种方向不变的转 矩，才能构成电动机。两磁极间装着一个可以转动的铁质圆柱体，圆柱体的 表面上固定着一个线圈。当线圈中通入直流电流时，线圈边上受到电磁力， 根据左手定则确定力的方向，这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁转 矩，转矩的方向是逆时针方向。若电枢转动，线圈两边的位置互换，而线圈 中通过的还是直流电流，则所产生的电磁转矩的方向却变为顺时针方向了， 因此电枢受到一种方向交变的电磁转矩。这种交变的电