遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)引言直流電動(dòng)機(jī)：是以直流電為電源的直流電機(jī)，它具有良好的啟動(dòng)性能，并能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速。因此，直流電機(jī)在啟動(dòng)和調(diào)速要求較高的機(jī)械上廣泛地使用保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機(jī)所稱的功率。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。電動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電動(dòng)機(jī)的輸出功率是可變的。直流電動(dòng)機(jī)分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組.定子繞組產(chǎn)生磁場(chǎng).當(dāng)通直流電時(shí).定子繞組產(chǎn)生固定極性的磁場(chǎng).轉(zhuǎn)子通直流電在磁場(chǎng)中受力.于是轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中受力就旋轉(zhuǎn)起來(lái).直流電機(jī)構(gòu)造復(fù)雜.造價(jià)高.。1謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)1概述1.1直流電機(jī)的分類電機(jī)：應(yīng)用電磁原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能互換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，統(tǒng)稱為電機(jī)。電動(dòng)機(jī)是指把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)。按照產(chǎn)生或取用電能種類的不同，電機(jī)分為直流電機(jī)與交流電機(jī)。產(chǎn)生電能的稱為發(fā)電機(jī)，取用電能的稱為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類．交流電動(dòng)機(jī)又分為單相的和三相的，異步的和同步的。直流電動(dòng)機(jī)按照勵(lì)磁方式的不同分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用較為普遍，特別是異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、價(jià)格便宜和工作可靠等。直流電動(dòng)機(jī)具有比交流電動(dòng)機(jī)較為優(yōu)良的調(diào)速和起動(dòng)性能。它的調(diào)速范圍廣，平滑性、經(jīng)濟(jì)性較好，采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)更為方便；它的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。這種性能對(duì)有些機(jī)械的拖動(dòng)是十分重要的，例如大型機(jī)床、電力機(jī)車、大型軋鋼機(jī)、大型起重設(shè)備等。直流電機(jī)也有它顯著的缺點(diǎn)：一是制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高；二是運(yùn)行時(shí)由于電刷與換向器之間容易產(chǎn)生火花，可靠性較差，維護(hù)較麻煩。人們雖做過(guò)很多研究工作來(lái)改善交流電動(dòng)機(jī)的性能，但還不能全部用交流拖動(dòng)來(lái)代替直流拖動(dòng)。因而，在某些機(jī)械的拖動(dòng)中，仍需用直流電動(dòng)機(jī)。1.2直流電動(dòng)機(jī)的系列為了滿足各行各業(yè)對(duì)產(chǎn)品的不同要求，生產(chǎn)廠商將產(chǎn)品制成不同型號(hào)系列。所謂系列就是指產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形狀基本相似，而某種性能參數(shù)例如容量則按一定等級(jí)遞增的一系列產(chǎn)品。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，系列產(chǎn)品的電壓、轉(zhuǎn)速、機(jī)座號(hào)和鐵心長(zhǎng)度都有一定的等級(jí)。（1）Z型系列Z為直流電機(jī)的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母。這種系列是通風(fēng)防護(hù)式的。適用于調(diào)速范圍不大的機(jī)械拖動(dòng)，少灰塵，少腐蝕及溫度低的場(chǎng)所。（2）Z型系列2它是Z型系列的改進(jìn)型，也是防護(hù)式。調(diào)速范圍可達(dá)2：1，即可超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的一倍。（3）ZO型系列這種電機(jī)是封閉式的，用于多灰塵但無(wú)腐蝕性氣體的場(chǎng)所。2遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（4）ZD型系列主要用于需要廣泛調(diào)速，具有較大的過(guò)載能力的場(chǎng)所。如大型機(jī)床、卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重設(shè)備。（5）ZQD型系列它是直流牽引電動(dòng)機(jī)，用于牽引車輛。3謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理（a）ab邊在N極下時(shí)S圖4遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)如圖1-1是直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。途中N和S是一對(duì)拱頂不動(dòng)的磁極，用以產(chǎn)生所需要的磁場(chǎng)。圖1-1所示那樣將電樞繞組通過(guò)電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相連，這時(shí)便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)電刷B流回電源的負(fù)極。在圖1-1（a）所示位置時(shí),線圈的ab邊在N極下，cd邊在S極下，電樞繞組中的電流沿著a→b→c→dF可用左手定則來(lái)判斷。這一對(duì)電磁力所形成的電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。同理在圖1-1（b）中，電磁力及電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然使電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。換向用的銅片稱為稱為換向片?；ハ嘟^緣的換向片組合的總體稱為換向器。在電磁轉(zhuǎn)矩的與此同時(shí)，由于電樞繞組旋轉(zhuǎn)，線圈ab和cd邊切割磁感線產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。根據(jù)右手定則，其方向與電樞電流的方向相反，故稱反電動(dòng)勢(shì)。電源只有克服這一反電動(dòng)勢(shì)才能可見，在這種情況下，電機(jī)起著將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的作用，也就是說(shuō)，電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。5謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)3直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)是由以下幾方面的要求來(lái)確定的。首先是電磁方面的要求:使電機(jī)產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)，感應(yīng)出一定的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)一定的電流，產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩，要有一定的絕還要滿足冷卻的要求，溫升不能過(guò)高；還要考慮便于檢修，運(yùn)行可靠等。從電機(jī)的基本工作原理知道，電機(jī)的磁極和電樞之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，任何電機(jī)都有固定不動(dòng)的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，在這兩部分之間的間隙叫空氣隙。下面介紹直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)。（1）主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生主磁通φ，主磁極鐵心包括極心和極掌兩部分。極心上套有勵(lì)磁繞組，各主磁極上的繞組一般都是串聯(lián)的。改變勵(lì)磁電流If的方向，就可改變主磁極極性，也就改變了磁場(chǎng)方向。（2）換向磁極在兩個(gè)相鄰的主磁極之間中性面內(nèi)有一個(gè)小磁極，這就是換向磁極。它的構(gòu)造與主磁極相似，它的勵(lì)磁繞組與主磁極的勵(lì)磁繞組相串聯(lián)。換向磁極的作用是產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，改善電機(jī)的換向，減小電刷與換向器之間的火花，不致使換向器燒壞。主磁極中性面內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度本應(yīng)為零值，但是，由于電樞電流通過(guò)電樞繞組時(shí)所產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)，使主磁極中性面的磁感應(yīng)強(qiáng)度不能為零值。于是使轉(zhuǎn)到中性面內(nèi)進(jìn)行電流換向的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得電刷與換向器之間產(chǎn)生較大的火花。用換向磁極的附加磁場(chǎng)來(lái)抵消電樞磁場(chǎng)，使主磁極中性面內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度接近于零，這樣就改善了電樞繞組的電流換向條件，減小了電刷與換向器之間的火花。（3）電刷裝置電刷裝置主要由用碳與石墨制成導(dǎo)電塊的電刷、加壓彈簧和刷盒等組成。固定在機(jī)座上(小容量電機(jī)裝在端蓋上)不動(dòng)的電刷，借助于加壓彈簧的壓力和旋轉(zhuǎn)的換向器保持滑動(dòng)接觸，使電樞繞組與外電路接通。電刷數(shù)一般等于主磁極數(shù)，各同極性的電刷經(jīng)軟線匯在一起，再引到接線盒內(nèi)的接線板上，作為電樞繞組的引出端。（4）機(jī)座機(jī)座用鑄鋼或鑄鐵制成。用來(lái)固定主磁極、換向磁極和端蓋等，它是電機(jī)磁路的一部分。機(jī)座上的接線盒有勵(lì)磁繞組和電樞繞組的接線端，用來(lái)對(duì)外接線。6遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（5）端蓋端蓋由鑄鐵制成，用螺釘固定在底座的兩端，蓋內(nèi)有軸承用以支撐旋轉(zhuǎn)的電樞。（6）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。它由電樞鐵心、繞組、換向器等組成。電樞鐵心由硅鋼片沖制迭壓而成，在外圓上有分布均勻的槽用來(lái)嵌放繞組。鐵心也作為電機(jī)磁路的一部分。繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的主要部件。它是由許多繞組元件構(gòu)成，按一定規(guī)則嵌放在鐵心槽內(nèi)和換向片相連，使各組線圈的電動(dòng)勢(shì)相加。繞組端部用鍍鋅鋼絲箍住，防止繞組因離心力而發(fā)生徑向位移。換向器由許多銅制換向片組成，外形呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。為了使電機(jī)安全而有效地運(yùn)行，制造廠對(duì)電機(jī)的工作條件都加以技術(shù)規(guī)定。按照規(guī)定的工作條件進(jìn)行運(yùn)行的狀態(tài)叫做額定工作狀態(tài)。電機(jī)在額定工作時(shí)的各種技術(shù)數(shù)據(jù)叫做額定值，一般加下標(biāo)e表示。這些額定值都列在電機(jī)的1—（Z21：機(jī)座號(hào)）2）額定電流Ie是指發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)電樞輸出給負(fù)載的允許電流。對(duì)于電動(dòng)機(jī)則是指電源輸入到電動(dòng)機(jī)的允許電流。3）額定電壓Ue許電壓。4）額定轉(zhuǎn)速ne是指電機(jī)在額定工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)達(dá)到的轉(zhuǎn)速。5）額定功率額定容量)Pe對(duì)于發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，這是指在額定電壓下，輸出額定電流時(shí)，向負(fù)載提供的電功率Pe,對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，則是指在額定電壓，額定電流和額定轉(zhuǎn)速下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率Pe=UeIeηe6）額定效率ηe：額定功率與輸入功率之比，稱為電機(jī)的額定效率，即ηe=（額定功率/輸入功率）×100%7謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)4直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為四種，以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用得比較廣泛。轉(zhuǎn)速需要保持恒定或需要在廣泛范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，常采用并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，例如大型車床、磨床、刨床和某些冶金機(jī)械等。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)只是聯(lián)接方式不同，兩者的特性是一樣的。下面我們以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例，來(lái)討論它們的機(jī)械特性。4.1直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（1）機(jī)械特性表征電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的兩個(gè)主要物理量是：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的端電壓等于額定值，勵(lì)磁電路的電流和電樞電路的電阻不變的條件下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系，即。機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)最重要的工作特性，它是討論電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等運(yùn)行的基礎(chǔ)。機(jī)械特性可分為固有(自然)機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。固有特性，表示電動(dòng)機(jī)在額定參數(shù)運(yùn)行條件下的機(jī)械特性；人為特性，表示改變電動(dòng)機(jī)一種或幾種參數(shù)，使之不等于其額定值時(shí)的機(jī)械特性。（2）機(jī)械特性硬度一般用特性硬度來(lái)評(píng)價(jià)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變化程度。所謂機(jī)械特性硬度定義為在機(jī)械特性曲線的工作范圍內(nèi)某一點(diǎn)轉(zhuǎn)矩對(duì)該點(diǎn)轉(zhuǎn)速的微分,即在曲線上該點(diǎn)的斜率。因此，按照機(jī)械特性硬度的概念，將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分為以下三類：1)絕對(duì)硬特性轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速不變化。2)硬特性轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速降落較小。3)軟特性轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速降落大。這種評(píng)價(jià)分類，是因?yàn)槎鄶?shù)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而下降，但不同的電動(dòng)機(jī)下降程度不同。下面以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例。4.2并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程圖4-1是并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的接線圖，其電壓與電流的關(guān)系可用下列各式表示：If=U/RfI=Ia+If8遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)圖當(dāng)電源電壓和勵(lì)磁電路總電阻保持不變時(shí)，則勵(lì)磁電流I及由它產(chǎn)生的磁通φ也保f持不變。T＝CφIa=KIaT由Ea＝Cφn可得：EEIRUnaaaCCEE將Ia=T/(Cφ代入上式TRUCnTaCC2EET上式是并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程。2、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性按固有機(jī)械特性所給定的條件，U=Ue=I調(diào)節(jié)至磁通φ=φe并保持不f變。由于Ra很小，從并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式可知，n=f(T)將是一根傾斜度很小的直線如圖4-2所示。在負(fù)載從空載到滿載，轉(zhuǎn)速降落，僅為額定轉(zhuǎn)速的5％-10％，因此9謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是硬特性。圖并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，切不可斷開勵(lì)磁電路，使If=0。這樣，主磁極上僅有很小的剩磁通，反電動(dòng)勢(shì)很小。在空載時(shí)，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速急劇上升；在有一定負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)并使電樞電流急劇增加，會(huì)引起嚴(yán)重事故。3、并勵(lì)電動(dòng)極的人為機(jī)械特固有機(jī)械特性只反映電動(dòng)機(jī)在額定條件下運(yùn)行的性能，對(duì)應(yīng)某一轉(zhuǎn)矩下，電動(dòng)機(jī)只能運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速。而在生產(chǎn)上往往有一些要求，例如在一定的轉(zhuǎn)矩下，根據(jù)不同的情況，要求有不同的轉(zhuǎn)速。這就必須人為地改變電動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)，來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，以滿足生產(chǎn)上的要求。這時(shí)的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。10遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)5直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要正確使用電動(dòng)機(jī)，首先碰到的問(wèn)題是怎么使它啟動(dòng)？所謂直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，是指直流電動(dòng)機(jī)接通電源后，轉(zhuǎn)速由n=0升到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nl的全過(guò)程。要使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程合理，要考慮的問(wèn)題包括：①啟動(dòng)電流Ist的大??；②啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst的大小；③啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短；④啟動(dòng)過(guò)程是否平滑，即加速度是否均勻；⑤啟動(dòng)過(guò)程的能量損耗；⑥啟動(dòng)設(shè)備直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)包括直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)和電樞回路串電阻啟動(dòng)。下面著重介紹電樞回路串電阻啟動(dòng)。電樞回路串接電阻，啟動(dòng)電流為Is=Un/Ra+R,負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL可知,啟動(dòng)過(guò)程中要求電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即T>TL。根據(jù)要求，可確定串接電阻R的大小，這樣有了加速轉(zhuǎn)矩后才能使系統(tǒng)啟動(dòng)，而加速轉(zhuǎn)矩的大小又必須滿足生產(chǎn)工藝對(duì)加速度的要求。因此他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，必須有足夠大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，又不使啟動(dòng)電流過(guò)大，使電動(dòng)機(jī)在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下安全啟動(dòng)，但隨著轉(zhuǎn)速的升高，應(yīng)逐級(jí)切除電阻，否則電樞回路長(zhǎng)期串接較大電阻，將引起較大的能量損耗。額定功率較小的電動(dòng)機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動(dòng)變阻器的方法起動(dòng)。起動(dòng)前先把U起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，加上勵(lì)磁電壓，保持勵(lì)磁電流為額定值不變。再接通電樞電f源，電機(jī)開始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻，直到全部切除。額定功率較大的電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過(guò)程中既有比較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有使起動(dòng)電流不會(huì)超過(guò)允許值。現(xiàn)以兩級(jí)起動(dòng)為例來(lái)說(shuō)明起動(dòng)步驟和起動(dòng)過(guò)程。（1）起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)步驟如下：1）串聯(lián)起動(dòng)電阻RR起動(dòng)st1st2電樞電路的總電阻為R1=++RR1RR2st1st2加上勵(lì)磁電壓，保持勵(lì)磁電流為額定值不變，然后加上電樞電壓U，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的UIffa機(jī)械特性如圖5-1中的人為特性a所示。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)T1L生產(chǎn)機(jī)械特性a由a向a點(diǎn)移動(dòng)。212）切除起動(dòng)電阻R3）切除起動(dòng)電阻Rst2st1當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩TSb2T2111謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)（2）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電阻的計(jì)算計(jì)算分級(jí)起動(dòng)電阻，有兩種情況：RRm求mm計(jì)算值計(jì)算各級(jí)電1.起動(dòng)級(jí)數(shù)m未定：初選ma阻或分段電阻。UIR計(jì)算值計(jì)算各級(jí)電阻或分段電阻。2.起動(dòng)級(jí)數(shù)m已定，選定1mI112遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)6無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)以無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由電子換向線路、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電動(dòng)機(jī)本體組成。電動(dòng)機(jī)本體是指多相（三相、四相、五相等）的永磁體轉(zhuǎn)子。各相電樞繞組分別與電子換向線路中相應(yīng)功率開關(guān)元件相聯(lián)接，功率開關(guān)元件在電子換向線路控制下，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)出來(lái)的轉(zhuǎn)子位置，按照一定規(guī)律流通或截至，這樣在定子上的電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換流，并在定子內(nèi)腔產(chǎn)生了跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使永磁體轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)起來(lái)。在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，借助反映主轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)電子換向線路去驅(qū)動(dòng)與電樞繞組連接的相應(yīng)的功率開關(guān)元件，使電樞繞組依次饋電，從而在主定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，位置傳感器不斷的送出信號(hào)，以改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向始終保持不變，這就是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)接觸式換流的實(shí)質(zhì)。圖6-1為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖的方框圖。圖所以，與有刷直流電動(dòng)機(jī)相比，它產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比較大。6.1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換流在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，來(lái)自位置傳感器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，按照一定的邏輯，使某些功率開13謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)改變一次。這樣，在工作氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。為了使無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)可靠地運(yùn)行，就應(yīng)該正確地進(jìn)行換流。6.2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電子線路又由振蕩電路、解調(diào)電路和功放電路組成。一套良好的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電子線路必須滿足工作穩(wěn)定可靠，功耗小、壽命長(zhǎng)、成本低等要求，這些就是我們?cè)O(shè)計(jì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)電子線路的出發(fā)點(diǎn)。電子換向線路和位置傳感器相配合，起到與機(jī)械換向相類似的作用。所以，電子換向線路也是無(wú)數(shù)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸換向的一個(gè)重要組成部分。電子換向線路的任務(wù)是將位置傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，預(yù)放大，功率放大，然后去觸發(fā)未級(jí)功率晶體管，使電樞繞組按一定的邏輯程序饋電，保證電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行。1.振蕩電路感器的作用。根據(jù)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)，要求振蕩器頻率范圍在幾十千赫到幾百千赫。這時(shí)，選用變壓器反饋的LC正弦波震蕩器比較合適。變壓器式的LC正弦波振蕩電路是由放大電路，選頻網(wǎng)絡(luò)，反饋網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載部分組成，如圖6-2所示。圖電路要產(chǎn)生振蕩必須滿足兩個(gè)條件：一是由輸出端反饋到輸入端的電壓與放大器在同14遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)樣輸出情況下所需要的輸入信號(hào)同相，這稱為自激振蕩的相位條件。二是由輸出端反饋到輸入端的信號(hào)要足夠大，其幅值大于或等于放大器要求的輸入電壓的幅值，此稱為自激振U蕩的幅值條件。如果用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示，首先設(shè)輸入信號(hào)為iUUsintim那末放大器輸出是同頻率的正弦量，這個(gè)正弦量經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)后加到輸入端的電壓U為fUUsin''fm則自激振蕩的條件為22,3,'n{UU'mm對(duì)于上圖所示的LC管放大電路中，集電極輸出具有倒相作用，即輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相差，而反饋的相位差。這樣，反饋信號(hào)的相位和原輸入信，符合了自激振蕩的相位條件。0NN0線圈和振蕩回路里中的信號(hào)也有21號(hào)的相位相差00為了滿足自激振蕩的幅值條件，必須有RCbeMrbe式中——基極與發(fā)射極之間的交流等效電阻；NM——和之間的互感；N21C——振蕩回路里的電容；R——諧振電路中代表全部能量損耗的等效電阻；β——晶體管的放大倍數(shù)。在一般的LC正弦波振蕩電路里，晶體管的放大倍數(shù)β很容易滿足。只要電路正確，元件無(wú)損壞，電路是容易起振的。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率）相當(dāng)于調(diào)制頻率。對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)而言，有用的是調(diào)制頻率，所以對(duì)載波頻率穩(wěn)定度的要求是不高的。但是，要求振蕩器的諧振頻率比電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率高的15謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)多，這樣才能正確的反映位置傳感器轉(zhuǎn)子的角度和位置。對(duì)一般轉(zhuǎn)速的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)而言，振蕩器的頻率選幾十千頻到幾百千頻就可以滿足位置傳感器的要求了。2.解調(diào)電路解調(diào)電路是把位置傳感器副邊繞組中獲得的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電路，見圖6-3。U、U、U驅(qū)動(dòng)電壓的UVW圖W、W、W圖6-3中，最左邊是磁電式傳感器的原邊繞組，是磁電式傳感器的副W2U2V2J、J1邊繞組。振蕩器產(chǎn)生幾十千赫到幾百千赫的等幅正弦波電壓，通過(guò)輸進(jìn)位置傳感器2的原邊繞組，位置傳感器的轉(zhuǎn)子起磁路耦合作用，在某一時(shí)間（或角度）內(nèi)，它把U相的原邊繞組耦合起來(lái)，副邊繞組W內(nèi)就有與振蕩器同頻率的電壓輸出，即U2eEsinftUm0fW和W的輸出電壓和均為零。ee其中，為振蕩器諧振頻率。沒有耦合的副邊繞組0V2W2vw16遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)在位置傳感器轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)的情況下，副邊繞組輸出的電壓波形是振蕩器輸出波形被傳感器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)制以后的波形。由于副邊繞組各路對(duì)稱，解調(diào)電路也一樣，所以本設(shè)eUC，UUUUU所示。的波形圖6-4WUV圖為防止電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)死區(qū)，即在某區(qū)域內(nèi)沒有電磁轉(zhuǎn)矩，位置傳感器的轉(zhuǎn)子角度要設(shè)計(jì)UUUUV得比理論角度大一些。所以相鄰之間在時(shí)間上有重疊區(qū)。用它們來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)W機(jī)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)相同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)的存在對(duì)于非橋式星形電樞繞組而言是有益無(wú)害的，它可以減小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是重疊區(qū)不能太大，過(guò)大的重疊區(qū)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率下降。17謝曉勇：直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)7結(jié)論直流電機(jī)是由直流電源（電池等）驅(qū)動(dòng)，具有很好的