电拖课程设计正文

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1、辽宁工程技术大学课程设计引言随着计算机进入控制领域以及高开关频率、全控型电力半导体器件的发展，脉宽调制（PWM）的直流调速系统在调速控制中得到越来越多普遍的使用。PWM（脉冲宽度调制）功率放大器具有功耗低，效率高，体积小，价格低。工作可靠等优点，并且大大降低了电路的复杂度，提高了系统的可靠性。因此，直流电动机采用PWM调速已经得到了广泛的应用，在传统的调速系统中一般采用硬件作为脉冲发生器的方式，应用的元件较多，同样会增加电路的复杂程度。为此，本文介绍一种可靠软件发出脉冲信号来实现直流电动机调速控制的方法，本系统具有功率器件体积小，功率大，损耗低，控制灵活简单，效率高的特性。11辽宁工程技术大学

2、课程设计1直流电动机的结构直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于其具有调速性能好,调速范围广,易于平滑调节；起动、制动转矩大,易于快速起动、停车，易于控制的优点。因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动，常应用在轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。1.1直流电动机的基本结构直流电动机主要由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。图1-1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1.1.1定子（磁极）磁极是电动机中产生磁场的装置，如图1-1所示。它分成极心（主磁极

3、）和极掌（换向磁极）两部分。极心又分成励磁绕组和主磁极铁心两部分，极掌的作用是改善换向，即当线圈转到水平位置时，正好切割极掌的磁通而产生附加电动势以抵消换向电动势，使换向得到改善；磁极都用螺栓固定在机座的内壁上，因此机座也是磁路的一部分。1.1.2转子（电枢）电枢是电动机中产生感应电动势的部分，主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇等组成。直流电动机的电枢是旋转的，电枢铁心呈圆柱状，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放有电枢绕组。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接。换向器是直流

4、电动机的结构特征，易于识别。1.2直流电动机的励磁方式按照励磁方式的不同，直流电动机可分为他励、并励、串励和复励电动机四种。（1）他励电动机：励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。（2）并励电动机：励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。（3）串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。(4）复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。11辽宁工程技术大学课程设计2直流电动机的工作原理及机械特性2.1直流电动机的工作原理badc图2－1直流电动机原理图若在A、B之间外加一个直流电压，A接电源负极，B接正极，则线圈中有电流流过。当线圈处于如图2-1a所示位置时，由

5、安培定律可知，ab边和cd边所受的电磁力为：F＝BLI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2-1b所示，形成电磁转矩，驱使线圈顺时针方向旋转,线圈转过180°。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面保持不变，因而其受力方向，电磁转矩方向都不变。由此可见，正是由于直流电动机采用了换向器结构，使电枢线圈中受到的电磁转矩保持不变，在这个电磁转矩作用下使电枢按逆时针方向旋转。这时电动机可作为原动机带动生产机械旋转，即由电动机向机械负载输出机械功率。2.2直流电动机的机械特性直流电动机在正常运

6、行时，虽然电源电压U和励磁电阻保持不变，但随着励磁方式不同，电动机的转矩、转速和机械特性有很大的区别。在本设计中我们只讨论他励直流电动机。他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电，如图2－2所示。在励磁电压Uf的作用下,励磁绕组中通过励磁电流If，从而产生主磁极磁通Φ。在电枢电压U的作用下，电枢电流为I11辽宁工程技术大学课程设计。电枢电流与磁场相互作用产生电磁转矩T，从而拖动产生机械以某一转速n运转。电枢旋转时，切割磁感线产生电动势E。电动势的方向与电枢电流方向相反。图2－2他励电动机在电枢电路中，根据基尔霍夫电压定律：U=E+RI电动势：E=CEΦn电磁转矩：T=CTΦI

7、由以上三个式子可以得出转速n=U/(CEΦ)-RT/(CTCEΦ2)图2-3他励电动机固有特性他励电动机固有特性如图2-3所示，由于电枢电路电阻Ra很小，所以机械特性的斜率γ很小，硬度α很大，固有特性为硬性。固有特性上的N点为电动机的额定状态，这时电动机的电压、电流、功率和转速都为额定值。M点为电动机的临界状态，这时的电枢电流Ia等于换向所允许的最大电枢电流Iamax=（1.5~2.0）IaN。1