直流电动机调速课程设计教学提纲

直流电动机调速课程

设计

电机与拖动课程设计报告

（2014—2015学年第二学期）

题目直流电动机调速系统设计

系别信息与控制系

专业电气工程及其自动化

班级 1103

学号 311101423

姓名周军

指导教师顾波

完成时间

评定成绩

目录

第一章直流电动机....................................................... - 0 - 第二章直流电动机的结构与工作原理....................................... - 1 -

2.1 直流电动机的结构................................................ - 1 -

2.2 直流电动机的工作原理............................................ - 2 - 第三章他励直流电动机的调速............................................. - 3 -

3.1电机调速指标.................................................... - 4 -

3.2 电枢串电阻调速.................................................. - 6 -

3.3改变电枢电源电压调速............................................ - 7 -

3.4弱磁调速........................................................ - 8 - 第四章课程设计内容.................................................... - 10 -

4.1 采用电枢串电阻调速............................................. - 10 -

4.2 采用电枢电压调速............................................... - 11 -

4.3 采用改变励磁电流调速........................................... - 11 - 结论................................................................... - 12 - 设计体会............................................................... - 13 - 参考文献............................................................... - 15 -

第一章直流电动机

直流电动机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机（图1-1）。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。它与交流电动机（如三相异步电动机）相比，虽然因结构比较复杂、生产成本较高、故障较多等，目前已不如交流电动机应用普遍，但由于它具有优良的调速性能和较大的启动转矩，得到广泛应用。本节仅就直流电动机的结构与工作原理、直流电动机的分类及在印刷设备中的应用、直流电动机的启动与调速做一简单介绍。

S

N

F

B

A

E

1-1直流电动机图1-2 abcd线框 A.B. 电刷 E.F.换向器

图1-2为直流电动机的结构原理图，图中的N和S是一对固定不动的磁极，用以产生所需要的磁场。容量较大一些的电机，磁场都是由直流励磁电流通过绕在磁极铁心上的励磁绕组产生。为了清晰，图中只画出了磁极的铁心，没有画出励磁绕组。在N极和S 极之间有一个可以绕轴旋转的绕组。直流电机这部分称为电枢，而实际电机的电枢绕组嵌在铁心槽内，电枢绕组的电流称为电枢电流。线圈两端分别与两个彼此绝缘而且与线圈同轴旋转的铜片连接，铜片上有各压着一个固定不动的电刷。在直流电动机中，为了产生方向始终如一的电磁转矩，外部电路中的直流电流必须改变成电机内部的交流电

流，这一过程称为电流的换向。换向的铜片称为换向片。互相绝缘的换向片组合的总体称为换向器。

第二章直流电动机的结构与工作原理

2.1 直流电动机的结构

直流电动机主要由磁极、电枢、换向器三部分组成。

（1）磁极

磁极是电动机中产生磁场的装置，如图2-1所示。它分成极心1和极掌2两部分。极心上放置励磁绕组3，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组；磁极是用钢片叠成的，固定在机座4（即电机外壳）上，机座也是磁路的一部分。机座常用铸钢制成。

4

图2-1 直流电动机的磁极及磁路

1-极心 2-极掌 3-励磁绕组 4-机座

（2）电枢

电枢是电动机中产生感应电动势的部分。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心呈圆柱状，由硅钢片组成，一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而

成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组，电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。

（3）换向器（整流子）

换向器是直流电动机的一种特殊装置，主要由许多换向片组成，每两个相邻的换向片中间是绝缘片。在换向器的表面用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路联结。换向器是直流电动机的结构特征，易于识别。

2.2 直流电动机的工作原理

图2-2 直流电动机原理图

图2-2是直流电动机的示意图。若在A、B之间外加一个直流电压，A接电源正极，B 接负极，则线圈中有电流流过。当线圈处于图5所示位置时，有效边ab在N极下，cd在s极上，两边中的电流方向为a→b，c→d。由安培定律可知，ab边和cd边所受的电磁力为：

F=BIL

式中，I为导线中的电流，单位为安（A）。根据左手定则知，两个F的方向相反，如图5所示，形成电磁转矩，驱使线圈逆时针方向旋转。当线圈转过180°时，cd边处于N极下，ab边处于S极上。由于换向器的作用，使两有效边中电流的方向与原来相反，变为d→c、b→a，这就使得两极面下的有效边中电流的方向保持不变，因而其受力方