直流电机调速电路设计Word文档格式.docx

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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。

关键词电力电子技术；

直流电动机；

机械能

ABSTRACT

Willtheelectronictechnologyandcontroltechnologyintothetraditionalpowertechnology,usingsemiconductorswitchingpartsofallkindsofpowertransformationofelectricpowercircuitimplementationtransformationandcontrol,constituteacompletediscipline,bedoortotheinternationalelectrotechnicalcommissionnamedpowerelectronicsorcalledpowerelectronictechnology,heisacomprehensiveelectronictechnology,controltechnologyandtheemerginginterdisciplinarypowertechnology.Dcmotorisoneofthemaintypesofthemotor.Adcmotorasageneratorcanuse,alsocanuseasamotor,usedasdcgeneratorscangetdcpower,andasadcmotor,sinceithasgoodperformanceofspeedadjustment,inmanyspeedperforma,isstillwidelyused.Dcmotoristheearliesthumaninventionandapplicationofakindofmotor.Currentmotorisconvertedtodcofrotatingmachine.Hecomparedwithacmotor,althoughdcmotorforthecomplexstructure,maintenancedifficulties,priceismoreexpensiveshortcomingsconstrainsitsdevelopment,theapplicationasacmotorwidely.Butbecauseofdcmotorwithfinestart,speedandbrakingperformance,soinindustrystillhasaplace.

Keywordspowerelectronictechnology;

dcmotor;

mechanicalenergy

1绪论5

1.1概述5

1.2直流电动机的基本理论5

1.2.1直流电动机的工作原理5

1.2.2直流电动机的调速6

1.3直流脉宽调速系统8

1.3.1概述8

1.3.2直流脉宽调速系统的工作原理8

2系统设计方案10

2.1直流电动机调速电路10

2.1.1主要设计特点10

2.2.2布线图10

2.1.3注意事项11

3元器件介绍12

3.1SG273112

3.1.1SG2731结构及原理12

3.1.2SG2731引脚及功能14

3.1.3SG2731典型应用（电路参数见表3）14

3.2三极管C4466和A169315

4直流电动机调速电路的测试16

4.1直流电动机调速电路的测试16

4.1.1测试步骤16

4.1.2测试结果16

5实验总结17

6参考文献………………………………………………………………………….18

7致谢……………………………………………………………………………..18

1绪论

1.1概述

直流电动机是将直流电转换为机械能的旋转机械。

1.2直流电动机的基本理论

1.2.1直流电动机的工作原理

图1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：

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

1.2.2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）；

Ф——励磁磁通（Wb）；

Ra——电枢回路总电阻（Ω）；

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、Ф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）改变励磁磁通Ф。

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。

（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Ф（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，由于电动机的转矩Te是磁通Ф和电枢电流Ia的乘积（即Te=CTФIa），电枢电流不变时，随着磁通Ф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Ф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

1.3直流脉宽调速系统

1.3.1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。

1.3.2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380V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与储能电容之间接一限流电抗器或限流电阻器以限制因接入电源时电容两端电压为零而产生的电流冲击,但在正常工作时如将此限流电阻器一直接在电路中,将引起附加损耗和直流电压的不稳定