串激电机电设计程序
串激电机原理演示文稿
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电枢绕组
换向器 电刷
单相串激电动机
定子铁心 励磁绕组
11
直流电动机 (直流电源， 直流电励磁， 电刷换向器)
恒定磁场
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单相串激电动机 (交流电源， 交流串激， 电刷换向器) 脉动磁场
交变电源变化至负半周波时，图(b) ，电励磁 的磁场极性和电刷极性发生变化，同时电枢电 流方向也随之改变了，根据左手定则，电磁转 矩方向不变，使电动机继续逆时针方向转动。
由此可见，一台直流串激电动机改接到交流电 源后，虽然电源极性在反复变化，但是每一极 面下导体电流方向不变，电磁转矩的方向不变， 电动机转向也不变，这就是单相串激电动机的 工作原理。
压，冲片槽型多数为半闭口梨形槽，转轴压入铁 心轴孔。 转子绕组。为分布绕制的电枢绕组嵌放在电枢铁心 中，依次串联成闭合绕组(详见第三章)。 换向器(又称整流子) 。与电刷装置，构成滑动接触。 有半塑料换向器(由紫铜的换向片和云母片用塑料 压制成整体) ，全塑料换向器(无云母片) 。
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半塑料换向器
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当线圈转过180度时，如图(b) ， ab边在S极面下， 由于换向片和电刷作用，电流方向a b，而cd边 在N极面下，电流方向也改为c d，根据左手定 则，产生电磁转矩方向不变，使电动机继续转动。
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• 综上所述，要使直流电机按一定方向运转，关键 是利用换向片和电刷作用，电刷在定子上是不动 的，且极性不变;而换向器是在转子上，与之固定 连接的电枢线圈随转子转动。
• 由此可见，直流电机电枢绕组中电流并不是直流， 而是交变的。
直流电机的串电阻启动过程设计
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学移通学院课程设计报告设计题目：直流电机的串电阻启动过程设计学校：学生姓名：专业：班级：学号:指导教师：设计时间：年月重庆邮电大学移通学院目录综述 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (8)六、直流电动机串电阻起动设计方案 (11)七、设计结论 (13)八、心得体会 (15)参考文献 (16)综述直流电动机是人类最早发明和应用的一种电机。
直流电机可作为电动机用,也可作为发电机用。
直流电动机是将直流电转换成机械能的而带动生产机械运转的电器设备。
与交流电动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步协调运转的生产机械上,仍广泛采用直流电动机拖动。
在工业领域直流电动机仍占有一席之地.因此有必要了解直流电动的运行特性.在四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。
一、直流电动机的工作原理如图1-1所示，电枢绕组通过电刷接到直流电源上，绕组的转轴与机械负载相连，这是便有电流从电源正极流出，经电刷A流入电枢绕组，然后经过电刷B 流回电源的负极。
在图1—1所示位置,在N级下面导线电流是由a到b，根据左手定则可知导线ab受力的方向向左,而cd的受力方向是向右的.当两个电磁力对转轴所形成的电磁转矩大于阻转矩是,电动机逆时针旋转。
当线圈转过180度时，这是导线的电流方向变为由d到c和b到a,因此电磁转矩的方向仍然是逆时针的，这样就使得电机一直旋转下去。
图1—1 直流电动机的工作原理图直流电机由定子、转子和机座等部分构成。
图2-1 直流电机结构图1、定子主磁极——主磁极的作用是建立主磁场。
绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。
串激电机基本知识及工艺(new)
二.单相串激电机转子生产工艺流程
• 1.压铁芯
注意要点: 1. 压装尺寸; 2. 铁芯跳动≤ 0.08MM; 3. 压装后转子的扭力检查,产品不同,扭力不同. (注:轴包塑材料为:BMC热固性塑料或WH-501或PBT) 4. 目前北辰采用的是一次成型，以前的成型材料为热缩性材料PPS,现在 正逐步改为热固性材料BMC,一次成型都会造成转子铁芯跳动大。
11. 定转子之间的单边气隙δ=转子直径D2的 1/100mm 或者δ =( 0.3τA/B) ×10 4(mm)
(极距τ=3.14D2/2 ,线负荷A=100-145A/cm,气隙磁密 B=0.35-0.55T)
(单边气隙长度一般在0.3-0.8mm之间,大功率,高转速电 机取气隙较大值,小功率,低转速电机取气隙较小值)
一. 单相串激电机的特点
1. 串激电机转速范围广,转速与频率无关,转速公式: n=(Ucos￠ －IR－ △U)/Ke×Ø (rpm)或者 =60√2×E×10 8/N×Ø,根据不同产品要求，转速可以从 4000rpm至35000rpm以上,运用范围广,电动工具用的电机 转速达（10000～38000）rpm以上；如电磨头电机的转速 已经超过了38000rpm,高速角磨的电机转速也达35000rpm 以上。而其他交流电机的转速都与电源频率有关,当电源频 率为50Hz时,其转速不会超过3000RPM(n=60f/p, p=1, f=50Hz),因而其使用范围受到一定的限制.转速公式中各字 母的意义在后面的电机计算公式中会介绍.
注意要点: 1. 测试前校正百分表; 2. 转动转子一周,读取最大值和最
小值,两个数 值之差即为转子铁 芯的跳动值,此值≤0.08MM; 3. 跳动值大于0.08MM的转子挑出 车削铁芯外圆后再测试;
电机设计教程
∑i＝0
该定律也用于包围几个节点的闭合面，即流出闭合面 的电流等于流出该闭合面的电流，这称为电流的连续性。 所以基尔霍夫电流定律体现了电流的连续性。
2。基尔霍夫电压定律
在集总参数电路中，沿任一回路内所有支路或元件电 压的代数和恒等于零，即：
∑u＝0
基尔霍夫电压定律也可表述为：任一回路内的电压的 代数和等于电动势的代数和，即：
正式发电的第一座电厂。在这座发电厂发电后 第6年，津京开始办电，并在华北最早使用电 力。
中国1912年4月在昆明西郊建立了第一座水轮机 发电站——石龙坝水电站，装机容量为240kW， 所用水轮发电机为德国西门子生产。 这座发电
站现在还在继续工作。
二。电机的分类：
（一） 电机的分类方法很多，按功能分：
1。发电机：把机械能转换为电能 2。电动机：把电能转换成机械能 3。变压器、变频器、交流机、移
相器：分别用于改变电压、频 率、电流、相位。 4。控制电机：在自动控制中作为执
行、检测和解算元件。
第二章 电机学中常用的电工定律
一。电路定律
1。基尔霍夫电流定律 在集总参数电路中的任一节点处，所有支路的电流的
∑u＝ ∑e
而对于正弦稳态交流电路，其相量形式为：
∑U＝ ∑E
二。基本电磁定律
1。磁场的基本物理量
磁感应强度：又称磁通密度：表征磁场特性的一个基本 物理量，表示空间某一点的磁场强弱（量值）和方向。用B 表示，单位是T（1T=1Wb/M2）。
磁通（量）：磁感应强度矢量的通量，用φ表示，单位是 Wb。磁场中经过一个曲面S的磁通为：
2。基本电磁定律
安培环路定律：在磁场中，磁场强度H沿任意一
个闭合曲线的线积分，等于该闭合曲线所包围的全部电流的 代数和，可表达为：
串激电机技术指导
图3.5 力矩与相位角度的关系（力矩角） 精选课件
图3.6 N、S磁瓦中心的偏移角Ө与 法向力的关系
13 モータ技術
直流电机（共通、关联）
精选课件
14
直流电机的结构
图4.7中的微型电机，罗列其零部件名称：①轴、②定子磁气机壳、③绝缘端 盖、④⑤轴承、⑥绕组、⑦转子铁心、⑧整流子、⑨定子永久磁石、⑩碳刷 防 震用减震器、⑾环形可调电阻。
精选课件
19 モータ技術
直流电机的基本式
另外，电机的输出和输入功率有如下关系式：
（4.3）式中是输出功率的关系式，w.T是旋转角速度w[rad/s]与力矩T[N.m]的 乘积，这就是机械输出功率。但是，从能量保存的法则上来考虑，机械输出功率 与电气输出输率是一样的。这种情况，有效电气输出功率就是电机反电动势（发 生电压）Er和电流Io的乘积。这也就可以根据能量保存法则从原理上来证明等效。
交直流两用电机的分类
交直流两用电机的分类大致可分为下面的(1)～(5)种类型，但小型电机主要是单 相串励电动机（串激）电机使用得比较多，所以交直流两用电机也可以当成是串激 电机来考虑，且串激电机这个称呼比较普遍。在这里，除了介绍串激电机以外，其 它的结构也进行简单地说明。
(1)单相串励电动机（串激电机，single-phase series motor） 此电机如图4.34所示，是串激绕组F与转子绕组A串联接续的电机。(b)和（c）是 带有补偿绕组的电机图例，（c）表示补偿绕组。这个绕组可以通过打消转子电流引 起的磁动势而防止功率因素的降低，是为了改善整流而设计的。(b)是补偿绕组与转 子串联绕线，激磁是电气角偏移90°的一种设计，（c）由感应作用而进行补偿的方 式。
精选课件
20 モータ技術
(整理)串激电机设计.
极距（cm）
可按图1－2选取为了改善换向，可采用非均匀气隙。非均匀气隙通过极弧偏心来实现（如图1－4）。其偏心量由下式计算：
（cm）
不均匀气隙的等效气隙按下式计算
（cm）
2-3绕组温升控制
电机绕组温升都有限制的规定,它是按照所使用的绝缘材料的耐热等级和使用寿命的需要而制定的。
通过热计算来控制温升,则计算反复且正确性差,所以工程上通过控制和绕组温升相关的参数来间接控制温升,实践证明是合理可行的。
（cm）
15转子槽上部深
（cm）
16转子槽芯深度
（cm）
17转子槽底半径
（cm）
18转子齿宽
（cm）
（对非平行齿，t取靠近最狭处的 处的轭高）
19转子槽数
20换向器外径
（cm）
21换向器片数
22电刷长度
（cm）
23电刷宽度
（cm）
结构参数是根据上章所述的设计原则以及运用几何、三角的计算公式而提出的，通过电磁计算，结合绕组参数的设计，最后确定结构参数。在电磁计算过程中，发现已提出的结构参数不能符合原先设想的设计原则，不能保证额定数据的要求时，则要修改原先提出的结构参数，如修改定、转子槽形，放长铁芯等等。结构参数也可能由于通用化的要求而提出的，如需要通用定转子冲片，此时，在电磁计算中，不允许改变冲片的任何尺寸，只能改变铁芯长度来满足额定数据的要求。
（1）功率要求，适当选取功率，综合平衡效率、温升、及体积之要求；
（2）效率和攻率因数的要求；
（3）其它额定指标，包括启动转矩，最小转矩，最大转矩等；
2．单相串激电机的设计特点及要求
（1）额定工作点，额定输出转矩时电机应不低于额定转速；
（2）控制换向火花，因换向无法计算，故要求严格控制火花相关的各设计参数；
串激电机基本知识及工艺(new)
防止生绣; 要做到轻拿轻放转子,防止相互间的碰撞,影响转子的动平
衡.
定子工艺流程之入槽绝缘纸
两端绝缘纸露出铁芯长度为2.2-2.5MM,一般 与端板平齐;
内壁绝缘纸露出铁芯极靴长度1.5MM; 绝缘纸成型好,不起皱.不弯折
弹簧钢丝
碳素弹簧钢丝多采用材质为：65#,70#、 65Mn、82B、72A、72B。
碳素琴钢丝 ，是经铅浴淬火后冷拉而成， 具有非常高的强度极限和弹性极限，是广泛 应用的小弹簧材料，材质为：60～80， T8MnA～T9A60Mn～70Mn 。
弹簧用不锈钢丝（见下页）
压缩弹簧用不锈钢丝（耐温300C）
发条弹簧一般选用、55SiMnVB、 55SiMnMoV、60CrMn、60CrMnB、302、 316等牌号的扁钢带。
常用弹簧设计
发条弹簧与圆柱弹簧
单相串激电机的主要零部件材料
漆包线
1、设计上，专业电动工具产品有一项重要的特征就是在运 行的时候，会产品很高的温度，因而必须选择耐热等级 高的漆包线。否则，当如果绕组线圈的耐温能力不能满 足需要时，就必然会在高温下发生绝缘层的损坏，导致 绕组短路烧机；
火花抑制在允许的范围内，并且能量损耗小。 d 碳刷运行时，不过热，噪音小，装配
可靠，不破损。
单相串激电机的主要零部件材料
碳刷弹簧
碳刷弹簧压力范围在电动工具上采用350～500g/cm² 之间。弹簧压力过大将加大碳刷与换向器表面的摩擦,破 坏换向器表面的氧化亚铜薄膜,使换向情况恶化,弹簧压力 过小,会使碳刷与换向器表面的接触不良,碳刷容易跳动, 造成火花的增大,弹簧压力的取值方法:功率大的取大值， 功率小的取小值.弹簧质量的好坏，取决于选用材料和加 工工艺，尤其是控制材质的淬火温度。弹簧是与碳刷接 触的，它是一个导电体，工作温度也很高，在高温下弹 簧不能软化，不能失去正常压力。
单相串激电机定子冲片设计
电动工具类（单相串激电机）定子冲片设计资料一、定子冲片的材料如图为交流串激电动机定子冲片的典型形状，由于在交流串激电动机中，定子磁通是交变的，会产生铁心损耗，因而定子冲片都是采用硅钢片冲制而成。
二、定子冲片外圆尺寸的决定各种类型电机，考虑定子冲片外圆尺寸的重要原则之一：就是硅钢片的经济剪裁，也就是在冲制定子冲片时的余留下来的边角料最少，硅钢片的利用率最高，因此定子冲片的外径不能任意决定。
三、定子内径（也就是转子外径）的决定电机设计知识告诉我们，在其他条件不变的情况下，电机的功率正比于转子外径的平方，而与定子外径无关，因此在定子外径一定的情况下，我们总希望采用较大的转子外径，这样可以产生较大的功率。
但在定子外径一定的情况下，增加转子直径，会使定子的线窗面积减少，而使定子绕组没有足够的位置按放，因而，在定子外径一定的情况下，定子内径（转子外径）也不能任意决定。
一般转、定子直径之比为：0.58~0.62之间随即机械化程度的提高，已能将线圈直接饶在定子铁芯上的电机（特别是深槽定子），这样定子绕组端部较短，定子铜耗也因此可以减少，有利于提高电机的出力。
四、极靴弧长b的决定极靴弧长b也是定子冲片一个极为重要的数据。
如果b取大，磁极面积就大，就能产生更多的磁通，使转子产生较大的转矩，因而能带动更大的负载。
但极靴弧长增大以后会带来下面两个缺点：1、极靴弧长增大，两个相邻磁极的极尖距离就缩短，极尖漏磁通的磁阻就变小，极尖漏磁通就增大，因此，从减少漏磁通的角度来看，我们不希望极靴弧长太大。
2、极靴弧长太大，还会使换向恶化，火花增加，原因是电枢反应电势的增加。
电枢反应电势：我们都知道转子流过电流以后，要产生转子磁通，转子磁通的方向总是与换向极磁通方向相反，既然换向元件切割换向极磁通所产生的电势，能够帮助换向；那么换向元件切割转子磁通所产生的电势，一定会妨碍换向，这个妨碍换向的电势就是成为电枢反应电势。
五、定子轭高hc及磁极宽度bp的决定决定一张定子冲片的主要尺寸是：定子外径、定子内径、极靴弧长、定子轭高及磁极宽度。
单相串励电动机设计
一、 单相串励电动机设计1.1 基本公式:1.1.1 反电动势E:对于直流串励电动机: )(10106088v n c n aPN E e --⋅Φ=⋅Φ= 其中: P –––极对数; N –––电枢总的导体数a –––电枢绕组并联支路对数Φ–––每极气隙磁通量n –––电机转速对于单相串励电动机: )(102608v n k aPN E p -⋅Φ= k p –––电枢绕组短距系数.1.1.2 电压平衡方程式:对于直流串励电动机: b f a a U R R I E U ∆+++=)(R a ---––––电枢绕组电阻R f ––––激磁绕组电阻∆U b ---––––电刷与换向器间压降对单相串励电动机: 22r x U U U +=Ux----–––端电压有功分量Ur ––––端电压无功分量1.1.3 电磁力矩公式:对于直流串励电动机: a m I PN T Φ⋅=a2π; 对于交流串励电动机: θπcos 22N p m I K a PN T Φ⋅=.(此为平均力矩,非瞬时力矩) 其中:θ --––– 电枢电流超前主磁通的相角.1.1.4 每极气隙磁通量为:δδδταB L ...=Φδα-- ––– 极弧系数τ ––– 极弧长度δL -- ––– 电枢铁芯计算长δB -- ––– 气隙磁密1.1.5 转速:略去电刷和换向器之间的压降△U b ,则直流串励电动机的转速: Φ+-=e f a a C R R I U n )( 对单相串励电动机,在略去ΔU b 和假设θ=0的条件下有:)(f a a r R R I E UCOS U ++==ϕn C E e Φ=21 则Φ+-=e f a a C R R I uCOS n )]([2ϕ.1.2 电机主要参数之间的关系1.2.1 电负荷(线负荷)、电密及发热因子之间的关系.电负荷A 定义: 沿电枢圆周单位长度上的安培导体数称为电负荷.公式: D2πa NI A = N -- ––– 电枢总导体数D --––– 电枢外径a ––– 电枢绕组的并联支路对数电密J:- 导体单位横载面积上通过电流的大小. 24dI J =π d --––– 导体直径发热因子: 电枢绕组的线负和导体电密J 的乘积A ·J 叫发热因子.它决定了电机温升的高低.2222242Dd a NI d I D a NI J A πππ=⋅=⋅ 从上可见,在电流一定的条件下,对于整个电机有:a. 导线的横载越大,则温升越低;b. 电枢直径越大,则温升越低;c. 电枢匝数越小,则温升越低.但在实际情况中,为了增大力矩,往往电枢匝数较大,使得电枢温升高于定子线圈部位的温升.电机绝缘等级越高,允许发热因子的数值越大,一般对串激电机,A ·J 为700~1400安/厘米‧安/毫米2).1.2.2 电机的体积、转速与功率之间的关系.对于串励电动机 :δαB A p n L D p ⋅⋅⋅=⋅⋅'216' 因串激电动机ηNP P ='则P n L D P n L D η⋅⋅⋅=⋅⋅22' 式中: 'P ------ 计算功率, η ------- 效率, P -------- 额定功率, 'P α -------- 计算极弧系数, L D ⋅2------- 类同于电机的体积.从上可知:a. 在要求的转速与计算功率比值一定的条件下,改用不同类型的电机芯片(即改变D),则可通过改变铁芯长度L 来保证达到相同的性能;b. 在电机的芯片与长度一定的条件下,要求的功率越大,则转速越高,如若要保证工作点的转速,则应提高工作点的效率;c. 在功率一定的条件下,可提高转速以减小电机体积.1.2.3 利用系数K A 与力矩之间的关系.利用系数K A 它反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料.nL D P K A ⋅=2' 因''T n P =,则LD T K A ⋅=2'. 可见: 在D 2·L(即电机体积)一定的条件下,产生的力矩越大,则利用系数越高.1.2.4 电负荷与磁负荷之间的关系. 由δαB A p n L D p ⋅⋅⋅=⋅⋅'216'可知: a. 若线负荷A 不变,气隙磁密B δ增大,则电机体积减小,用铁量减小;同时因铁损与2δB 成正比则电机铁耗增大,温升也将升高;同时气隙磁层降和磁路饱和程度增加,功率因子下降; b. 磁负荷B δ不变,线负荷A 增大,则电机体积减小,用铁量减少;因B δ一定,而铁芯重量减小,则铁耗减少;同时因每极磁通变小,为了产生一定的感应电势,则绕组匝数必须增加,致使用铜量增加,铜耗随之增加,使绕组温升增高.。
串激电机设计
第一章 概述1-1单相串激电机设计进展1． 单相串激电机的设计研究概述：为适应电动工具以及小型家用电器之应用需要，串激电机设计得到了长足进步。
2． 电磁设计上的进展：据估计每隔十年，单位重量出力提高20%~30%，可归纳如下：(1) 提高电机转速;(2) 增大转子直径，提高定子/转子外径比12D D 。
由0.52~0.56提高到0.54~0.59，使定转子温升趋于平衡；(3) 采用深槽定子，得益于采用了自动绕线机，可以采用较大的转子外经并缩短定子匝长。
可提高电机效率10%~20%；(4) 提高电磁密度，适当提高激磁安匝。
可以缩小结构尺寸，有利换向，提高电机硬度；(5) 减少冲片规格，提高通用性。
降低成本，适应自动化批量生产；1-2单向串激电机的设计要求1． 电机设计的基本要求（1） 功率要求，适当选取功率，综合平衡效率、温升、及体积之要求； （2） 效率和攻率因数的要求；（3） 其它额定指标，包括启动转矩，最小转矩，最大转矩等； 2． 单相串激电机的设计特点及要求（1） 额定工作点，额定输出转矩时电机应不低于额定转速；（2） 控制换向火花，因换向无法计算，故要求严格控制火花相关的各设计参数； （3） 其它设计要求；第二章 主要尺寸及电磁参数选取2-1 主要要尺寸及电磁负荷1．主要尺寸D 1,D 2及L确定电机主要尺寸，一般从计算L D 22入手：AnB Pi L D δα4221026⨯⨯⨯=（cm 3） i P ——电磁内功率（即通常所说的电磁功率），可有后式估算 α——极弧系数，取0.6~0.7 δB ———气隙磁密（T ），可按（图1—2）选取A ——线负荷（A/cm ），可按（图1—2）选取 n ——转速(r/min)从上式看出，δAB 取值越大，电机尺寸越小，但δAB 取值受其他因素制约，详见后述。
转速n 越大，电机尺寸也越小，电机转速同样受到机械，换向等因素的制约。
在此处，可用额定转速代入式中作计算。
串激电机设计基础知识培训分解
0.5
5
二、结构参数
序号
名称
1
定子外径
D1
8
cm
2
转子外径
3
换向器片数
D2
4.7
cm
K
24
4
电刷宽度
bb
cm
5 序号
电刷长度 名称
ab 公式
计算值
cm 备注
数值 单位
1
转子电流（A)
2 转子导线截面积(mm2）
I＝P入/U*cosφ 6.6699605
S=I/(2*J)
0.2382129 电流密度按经验值 14
（2极电机所连接的换向片是相邻的） 3）复叠 4）复波 5）混合
• 这些绕组的主要区别在于：从电刷端看进去，电枢绕组形成了不同数目的并联 支路数
• 生产实践中大多数采用单叠或单波绕组 • 在小型换向器式电机上几乎都是采用单叠绕组
2.2 单叠绕组
Y数1表: 第示一，节以距实，槽也数叫表后示节，距就，称即为一实个槽线后圈节的距两，个用有Y效S表边示之。间的跨距，以虚槽 Y跨2距: 第，二以节虚距槽，数也表叫示前节距，即前一个线圈的次边到后一线圈的首边之间的
2.3.2双层绕组：是指槽中有两层线圈边的绕组。 由图可知，一个实槽可以分成一个、二个或三个 虚槽，如果以Z表示实槽数，Zd表示转子上总的 虚槽数，一个实槽中的并列元件数用Uz表示，绕 组的线圈数S，换向片数用K,由于每一个线圈有 两个线圈边，每个换向器片也连接着两个线圈边， 而两个线圈边也组成一个虚槽，则S=K= Zd = Uz Z,由此可见，换向片数K与实槽数是一个倍数关 系，我们实际当中用的最多的也一般都是24片12 槽，36片18槽，36片12槽，32片16槽，28片14 槽。
毕业设计-绕线式异步电动机串级调速系统设计—-主电路与触发电路设计
（二○○七年六月 本科毕业设计说明书 题 目：绕线式异步电动机串级调速系统设计—-主电路与触发电路设计 学生姓名：xx 学 院：xx 系 别：xx 专 业：xx 班 级：xx 指导教师：xx摘要绕线式异步电动机的串级调速系统，属于改变转差功率的调速系统，在我国交流调速技术的发展中，它是结构简单、发展较快、应用较广的一种系统。
其基本原理是利用不可控的整流电路将转子交流电动势转成直流电动势，在利用工作的在逆变状态的三相可控整流电路来获得一个可调的直流电压作为附加电动势，以改变转差功率，以实现转速的调节。
本设计主要是绕线式异步电动机的串级调速系统主电路和触发电路的设计。
其中主电路的设计包括可控整流电路、不可控整流电路和逆变变压器；触发电路主要包括KC系列的移相触发电路和ULN2003。
考虑到系统运行时可能出现的问题，相应的设计了系统的保护电路。
关键词：串级调速、整流电路、触发电路。
AbstractAsynchronous motor cascade speed system, belonging to poor power to change the governing system, In China AC development, it is simple in structure, the development of faster, broader application of a system. Its basic tenets are not controllable using distillation rotor circuit to exchange electromotive force electromotive force DC conversion, in the use of the state's three-phase inverter controlled rectifier circuit to obtain an adjustable DC voltage as additional electromotive force, to change the deteriorating power, to achieve the speed of adjustment.The design is asynchronous motor speed control system Cascade main circuit and a control circuit design. Including the main circuit, the design includes controllable rectifier circuit, controlled rectifier and inverter circuit transformer; Control circuit design is mainly Electricity Regulator speed regulator and the double-loop control system. Take into account when the system problems that may arise in the corresponding design of the system protection circuit.Keywords: cascade speed; Rectifier circuit；Trigger Circuit目 录引言 (1)第一章 串级调速系统的基本原理 (3)1.1串级调速系统的工作原理 (3)1.2异步电动机串级调速的机械特性 (4)1.3设计的技术参数 (5)1.4设计任务 (5)第二章 主电路的设计 (6)2.1主电路的设计原则 (6)2.1.1 设计思路 (6)2.1.2 设计依据 (6)2.2逆变变压器的计算与选择 (7)2.2.1逆变变压器原副边的接线方式 (7)2.2.2逆变变压器二次电压的计算 (7)2.3电动机参数的计算 (9)2.3.1等效直流电路总阻抗∑R 和总电感∑L 的计算 (11)2.4 整流电路和有源逆变电路的计算与选择 (12)2.4.1 转子整流器的计算与元件选择 (12)2.4.2 可控硅元件的选择与计算 (13)2.5 定子侧变压器的选择 (14)第三章 保护电路的设计与选择 (16)3.1 过电压保护 (16)3.1.1 交流侧过电压保护 (16)3.1.2 压敏电阻保护 (18)3.1.3 直流侧过电压保护措施 (19)3.1.4 晶闸管两端的过电压保护措施 (20)3.2 过电流保护 (20)3.3电压和电流上升率的限制 (21)3.4 缺相保护： (22)3.5 串频敏电阻保护 (23)3.6过载保护 (24)第四章触发电路的原理及设计 (25)4.1 触发电路的选择 (25)4.1.1 KC04移相触发器 (25)4.1.2 KC41六路双脉冲形成器 (29)4.2触发电路的计算 (30)4.2.1触发电路移相计算 (30)4.2.2脉冲变压器的选择 (32)结论 (35)参考文献 (37)谢辞 (38)引言随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐渐显示出来。
直流电机设计程序文件
直流电机设计程序3.1主要指标1.额定电压2.额定功率3.额定转速4.额定效率3.2主要尺寸的确定5.结构型式的选择6.永磁材料的选择选用烧结钕铁硼7.极弧系数8.电负荷9.长径比10. 计算功率 11. 电枢直径3 6.仆10 x p'D =3 ----------- — a ：iA'B[ nN ，取D a =15cm36.1x10 X766 0.6 90 0.6 600 0.712. 极数13. 极距 14. 电枢长度L a 二’D a =0.7 15=10.5cm15. 气隙 5=0.06 cmL ef 二 L a 2、=10.52 0.06 = 10.62cm16. 电枢计算长度P N1 2 0.7^ 766W3 0.78「D 2p3.14 15 2 4二5.89cm3.3绕组设计17.绕组形式选用单叠绕组二 15.1cmp= 4W'sN' 2u取 W s =5Q=3D a =3 15 =4519. 槽数 20. 槽距：：小=门丄ef B* 1044= 0.6 5.89 10.62 0.6 10 = 2.25 10‘wb21. 预计气隙磁通 22. 电枢电动势 23. 预计导体总数1+2J 1+2 汉0.78 N a = 60沖 u N =60選p ① I n N 4^2.25 汉 10’ 沢 60024. 每槽导体数 25. 每槽元件匝数18.绕组并联支路对数a=p= 4t 2二D a Q3.14 15 45=1.05cmN'sN' 型=20.2 45式中每槽元件数 u= 2肌=2uW s = 2 2 5 = 2026. 实际每槽导体数N =QN s =45 20 =900导线裸线线径 d I =1.04c m 导线绝缘后线径 d = 1.17cm27. 实际导体总数 28.额定电枢电流P N』37.4A24 0.7829. 30.900 37.42 二 aD a实际电负荷 89.3A/ cm2 3.14 4 15预计电流密度j 2= 5.6 A/mm 2A'cua37.431. 预计导线截面积 32.导线规格实际导线截面积22 2Aj 2 =89.3 5.51 =492A /(cm., mm ) L av = L aK e D a =10.5 0.8 15 =22.5cmn：?NLav1" \ a24A cua aR a20( p 20 =0.1785 X10-3 Q.mm 2/cm).下载可编辑.0.217 10“ 900 22.5小“”R a7520.081' 12 4 0.84912A Cua =4Nt d i爭 1 1.04^ 0.8491mm * 2式中 并绕根数N t =134. 实际电枢电流密度 35.实际热负荷网胆戒颇纠贰耐徳5巴）0.067。
串激电机参数设计
单相串激电机改压参数设计1、改压后定子每极匝数W1’=W1*U’/UW1, W1’ 改压前后的定子绕组每极匝数U, U’ 改压前后的使用电压请输入W1U’UW1’#DIV/0!2、改压后定子线径计算d1’ =d1* u/u’d1 d1’ 改压前后的定子绕组线径d1d1’#DIV/0!3、改压后电枢绕组匝数W1’=W1* U’/UW1, W1’ 改压前后的电枢绕组匝数WW1#DIV/0!4、改压后的电枢绕组线径d2’ =d2*wy/wy’d2’ d2 改压前后电枢绕组导线直径wy wy’ 改压前后电枢组件匝数wywy’d2d2’#DIV/0!单相串励电动机计算功率ps=a*D22*l2*Bd*A*n/8.6x104a 极弧系数取a=0.6-0.7D2电枢铁心外径 cml2电枢铁心t长度 cmBd 气隙磁密取Bd=0.35~0.5T 大功率取较大值A 电枢线负荷, 一般A=60~120A/cm, 短时工作制可提到160 A/cm N 电动机工作转速, 单相串励电动机转速一般为4000~15000r/min 电动机输出功率p N=3 h/(2+ h)*P S (W)h 电动机效率, 一般 h=0.5~0.62.电枢电流I=P N/ (h*COS j*U N) (A)COS j 电动功率因素, 一般COS j=0.9~0.95U N 电动机额定电压, 通常在36~250V之间选取但它必须满足于下式:U N≤K*etK 换向片数et 相邻换向片间电压, 一般et ≤6~8v2.转子绕组总导体数N=2X60*a*E/(p*n*f) (根)E 电枢电势E= ((2+h)/3)*U N* COS j4. 电枢组件匝数Wy=N/2K (匝)3.电枢绕组线径d2=1.13 I / j a (mm)j a 导线电流密度, A/mm2 据电动机工作情况而定. 一般连续工作时, 取j a=5~6.5 A/mm2 暂载率为60%时, 取j a=6.5~8.5 A/mm2 暂载率为40%时取j a=8~10 A/mm2 .4.定子绕组计算定子绕组每极匝数W1=K B*N/2 (匝/极)K B 变换系数当2P=2时,取K B=0.1~0.25; 当2P=4时K B=0.05~0.1定子绕组线径d1=(1.34~1.45)d25.校验电枢铁心轭部磁密校验B j=f*104/1.86*h j2*l2 (T)h j2 电枢铁心轭部高度 cml2电枢铁心迭厚 cm长期工作制取B j≤1.3~1.5T 短时工作制可放宽至B j≤1.5~1.7T . 当验算磁密超过高时要重选Bd 值电枢铁心齿部磁密校验Bt=Bd*t2/(0.93*b2)b2电枢槽齿宽度 cmt2 电枢齿距 cm长期工作制取Bt≤1.3~1.5T 短时工作制取Bt≤1.3~1.5T.。
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串激电机电磁设计程序一、程序简介1．本程序适用于电动工具、家用电器等以输入功率或输入电流作为额定指标的串激电机设计，也可以作为机车牵引串激电机的设计参考。
2．本程序适用于初学者手工设计的初步计算,设计时需要一定经验数据做参考,请结合最后所列参考资料同时使用。
3．本程序追求的计算精度为10%，需要提高计算精度，则应采用计算机软件计算。
4．对本程序有任何疑问，请在论坛公开交流。
突破个人经验的局限，播撒文明传承的火种，完成从“钻木取火”到“气体打火机”的跨越，需要我们共同努力。
二、电磁设计程序（一）额定参数和工作条件(核算时只要前面1.2.4项即可) 1额定电压(V)2额定频率(H Z) （直流串激电动机可按频率为0Hz计算）3额定输入功率(W)4额定电流（A）(其中Cos直流为1,交流取0.9)5额定转速（r/min）(应按要求的转速提高10%来设计)6额定输出功率(W)7额定输出转矩(N.m)(输出功率和转矩为最重要工作条件，有条件时应对负载特性进行实际测试，作出曲线，负载特性曲线和电机特性曲线的交点，即为工作点。
)8绝缘等级，工作制，使用环境等(此相关项目与发热温升有关，非常重要，但对核算性能无影响。
)（二）定子冲片尺寸及计算(设计新电机应尽可能的选择现有冲片，便于自动化生产；一般冲片一致工装模具可以通用。
) 1定子外径（cm）2定子外形X方向（cm）3定子外形Y方向（cm）4定子轭高（cm）5定子内圆半径（cm）6定子内圆半径偏心距（cm）7定子极弧宽度（cm）8定子极身宽度（cm）9线槽半径（cm）计算：10定子轭磁路长度（cm）(为轭部中心之长度，此公式应按照实际适当修正。
)11定子极身高度（cm）12定子线槽有效面积13极弧系数(为极弧宽度bpa在定子内圆所占角度)（三）转子冲片尺寸及计算1转子外径（cm）2转子内径（cm）3转子槽数（cm）4转子槽口高度（cm）5转子槽楔厚度（cm）6转子槽深（cm）7转子槽口宽度（cm）8转子槽上部宽（cm）9转子槽底半径（cm）计算：10转子齿宽（cm）（对非平行齿，t取靠近最狭处的处的轭高）11转子齿磁路长度(cm)12转子轭高(cm) (转轴复有绝缘层)(转轴不复绝缘层)13转子轭磁路长度(cm)14转子槽有效面积（应除去槽绝缘和槽锲所占面积）15转子齿距16转子外齿宽（cm）17转子槽宽平行齿（cm）非平行齿（cm）18转子槽形系数19气隙长度（cm）(气隙长度大可以适当减少气隙不平衡引起的振动)20气隙系数21极距(cm)22计算极距(cm)（四）其它结构尺寸及计算1换向器外径（cm）2换向器片数3电刷长度（cm）电刷宽度（cm）4电刷压降（V）5电刷偏离几何中心线的角度= (弧度)当采用接线借偏方式时，（弧度）为接线借偏片数6转子绕组端部长度系数(cm)推荐为(当小于4cm)(当大于4cm)(应根据实际工艺情况取值)7铁芯长度（cm）计算：8换向器片距(cm)9换向区域宽度(cm)式中：应满足，否则重新设计相关项目10实槽节距11短距系数12虚槽节距13前节距14转子单位漏磁导15定子轭部质量（kg）16定子极身质量（kg）17转子轭部质量（kg）18转子齿部质量（kg）19硅钢片质量(kg)（五）转子参数及计算(核算时直接输入数据，设计时选择电流密度确定线径，根据槽满率确定匝数) 1转子绕组线规(mm/mm)绝缘导线外径铜线直径2转子导线截面（mm2）3每元件匝数W24转子总导体数5转子每槽导体数8转子槽满率（应不大于0.76，如用自动绕线机绕制则不宜大于0.65）9转子绕组平均半匝长(cm)10转子绕组电阻（）11最大工作电流估算(A)一般应满足，否则重新设计相关项目12转子绕组用铜量(kg)（六）磁路及换向计算(核算时先算第七部分----定子参数，设计时先算磁路)1计算电流（A）(其中Cos直流为1,交流取0.9)2转子绕组电密（A/mm2）3转子线负荷（A/cm）4转子热负荷一般应满足，和工作条件有关，以实际经验为准5电刷电密（A/cm2）6旋转电势(V)——设计时定子电阻R1可先假定和R2相等，然后返回进行修正计算——7假定气隙磁密----核算时从此开始返工迭代计算磁路，设计时取0.4-0.6T----8每极磁通幅值(Wb)9转速交流： (r/min)直流： (r/min)(设计时如果转速不符合要求，可调整转子匝数、铁芯长度、气隙磁密重算有关项目) 10转子旋转频率11换向器线速度(m/s)12转子线速度(cm)13换向元件中电抗电势(V)14换向元件中变压器电势(V)15换向元件中电枢反应电势(V)16定子轭部磁密（T）17电枢轭部磁密（T）18定子极身磁密(T)19气隙磁密(T)20电枢齿部磁密(T)21定子轭磁场强度(A/cm)（按查相应材料的50Hz磁化曲线）22定子极磁场强度(A/cm)（按查相应材料的50Hz磁化曲线）23转子轭磁场强度( A/cm)（按查相应材料的50Hz磁化曲线，如果f2>100则乘以f2/100进行修正）23转子齿磁场强度(A/cm)（按查相应材料的50Hz磁化曲线，如果f2>100则乘以f2/100进行修正。
当时按转子片计算部分的第18项槽形系数进行修正）(磁路计算误差是最大的误差来源，按上面的办法，在计算精度要求不高时可以适用) 24气隙激磁磁势(A)25定子轭激磁磁势(A)26定子极激磁磁势(A)27转子轭激磁磁势(A)28转子齿激磁磁势(A)29借偏去磁磁势(A)(虚三槽电机)(虚两槽电机)30换向增磁磁势（A）31电枢反应磁势(A)32总激磁安匝交流：直流：（七）定子参数及计算1定子每极匝数（取整数）----设计时以此计算定子，核算时重新假定气隙磁密返工迭代计算，直到两边相差小于5%----2定子线圈线规（mm/mm）绝缘导线外径铜线直径（结合下步要计算的电流密度或定子铜耗的限值要求，核对定子线圈宽度在定子槽内安放的可能性，按设计计算程序附表一可初步选定导线线规。
）3定子导线截面（mm2）4定子线圈电密（A/mm2）5定转子安匝比6定子线圈线模宽(mm)取整数（当小于3cm）（当大于3cm）7定子线圈线模长（mm）铜线标称直径（mm）（mm）小于0.450.45~0.5大于0.53458定子线圈线模高（mm）9定子线模每层匝数(取0.5的整数)取0.05，当取0.03，当10定子线圈宽度（mm）(检验定子窗口能否安放)11定子线圈平均每匝长度（mm）12定子绕组电阻（Ω）(此部分应根据实际工艺情况取值计算，只要电阻计算正确即可)——设计时返回磁路计算的第6项旋转电势,对转速进行修正计算——13定子绕组用铜量(kg)（八）性能计算1定子漏抗压降（V）2转子漏抗压降（V）3定子绕组自感电势（V）4电枢绕组自感电势（V）5端电压无功分量(V)6端电压有功分量(V) 7修正旋转电势(V)8电磁功率(W)9定子铁耗定子轭和极身单位铁耗（W/kg）定子极身铁耗（W）定子轭部铁耗（W）10转子铁耗转子齿单位铁耗（W/kg）转子轭单位铁耗（W/kg）转子轭部铁耗（W）转子齿部铁耗（W）11换向电气损耗当当12换向压降损耗(W)13定子铜耗(W) 14转子铜耗(W)15风摩机械耗(W)（采用轴流式风扇时，可根据风扇外径按计算程序附图一查取。
当采用离心式风扇时，应将查的数乘以1.2）16输入功率(W)17输出功率(W)19效率20功率因数21输出转矩(N.m)计算说明:本手算程序忽略铁耗造成的磁通相角（一般额定工作时磁通相角余弦值为0.995左右，不会带来太大的误差）从而避免了多次调整原始参数返工迭代计算、不但繁复、且十分容易出错的问题。
先假定功率因素(=0.9或1)计算旋转电势,以此确定磁通和转速,最后对旋转电势进行修正,得到电机功率,返工迭代大为减少,因此较适合于手工计算。
当然，如果要提高计算精度，则需要编制软件对相关参数进行返工迭代计算。
与手算程序相反的是,软件计算应尽可能少作简化,尽量把已经简化的算法还原。
三、参考资料1汪镇国《单相串激电动机的原理设计制造》上海科学技术文献出版社，1991.22汪国梁《单相串激电动机》陕西科学技术出版社，1980.123何松波.施进浩《微特电机设计程序---- 第十章串励电动机》信息产业部21研究所(供稿：周士宣)4[美]Jimmie J.Cathey著南昌大学.戴文进译《电机原理与设计的MATLAB分析---- 第5章直流电机》电子工业出版社.2006.7。