直流电机的拖动及应用

直流电机的拖动及应用
摘要：近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。

而我的这篇论文则介绍的就是电力拖动在我们生活中和一般工作生产中常用的一些线路控制，它主要利用电动机拖动生产机械的工作机构，使之运转。

由于电力在生产，传输，分配，使用和控制方面的优越性，使得电力拖动具有方便，经济，效率高，调节性能好，易于实现生产过程自动化等优点，所以电力控制系统获得了广泛的应用。

目前在日常生活中使用的电风扇，洗衣机等家用电器，再生产中大量使用的各种各样的生产机械，如车床，钻床，造纸机，轧钢机等，都采用的是电力拖动。

关键词：直流他励电动机、主要结构、基本工作原理、运行特性、基本参数、应用前景
第一章电机拖动的原理
1.1电力拖动是指电动机拖动生产机械的工作机构
控制设备是用来控制电动机的运转，有各种控制电动机，电器，自动化元件及工业控制计算机组成。

电动机是生产机械的原动机，将电能转化成机械能，分为交流电动机和直流电动机。

传动机构是在电动机和工作机构之间传送动力的机构。

如速箱，联轴器，传动器等。

按电动机拖动系统中电动机的组合数量分，电力拖动的发展过程经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。

1.1.1电力拖动的控制方式
可分为断续控制系统和连续控制系统两种。

在电力拖动发展的不同阶段两种拖动方式占有不同的地位，且呈现交替发展的趋势。

随着电力拖动的出现。

最早产生的是手动控制电器控制电动机运转的手动断
续控制方式。

随后逐步发展为有继电器，接触器和主令电器等组成的继电接触式有触点断续控制方式。

这种控制系统结构简单，工作稳定，成本低，维护方便，不仅可以方便地实现生产过程自动化，而且可实现集中控制和远距离控制，所以目前生产机械仍广泛使用。

但这种控制仅有通和断，这两种状态，其控制是断续的，即只能控制信号的有无，而不能连续控制信号的变化。

为了适应控制信号连续变化的场合，又出现了直流电动机连续控制。

这种控制方式可充分利用直流电动机调速性能好的优点，得到高精度，宽度范围的平滑调速系统。

第二章电机拖动的发展
近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。

在电动机调速方面，已形成了电子功率器件与自动控制相结合的领域。

不但晶闸管-直流电动机调速系统得到了广泛应用，而且交流变频调速技术发展迅速，在许多领域交流电动机变频调速系统有取代晶闸管-直流电动机调速系统的趋势。

三相交流电动机从发明以来，经历了100多年的历程，在这漫长的岁月里，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，。

又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉，而广泛作用于电力拖动生产机械的动力，在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。

然而，电动机的起动特性却一直举步维艰。

这是因为电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的4-7倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。

在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。

同时由于电压降低，电动机本身起动也难以完成，造成电机堵转，严重时，可能烧坏电动机。

因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。

为此必须设法改善电动机的起动方法，使达到电动机的平滑无冲击的起动，于是各种限流起动方法也就应运而生。

对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。

定子边串电抗器起动，即增加定子边电抗值，可理解为降低定子实际所加电压，其目的是减少起动电流。

此起动方式属降压起动，缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降，外串电阻中有较大的功率损
耗。

又由于是分级起动，起动特性不平滑。

起动时定子绕组星形连接，起动后三角形连接。

在电动机绕组星形连接时，电动机电流仅为三角形连接的1/3，遗憾的是电动机的转矩也同样降低到三角形接线时的1/3，为了使电动机在额定转速时达到它的额定转矩，在经历了预先设定的时间后，又从星形接线转换到三角形接线，在转换过程中会出现二次冲击电流。

当电动机起动时，电动机的定子通过自耦变压器接到三相电源上。

当电机转速升高到一定值时，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电源上，电动机进入正常运行状态。

同直接起动时相比，当电压降到W2/W1倍时，起动电流和起动转矩降到(W2/W1)2倍(W2/W1为自耦变压器的变比)。

这种起动方式的优点是起动时定子电压的大小可调。

比起定子串电抗起动，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失较少。

要使变压器的容量和耐压水平提高，将使得变压器的体积增大，成本高，且不允许频繁起动，同样也不能带重负载起动。

对于绕线式异步电机来说，如果仅仅是为了限制起动电流、增大起动转矩，则一般采用转子回路串频敏变阻器起动方式。

但此起动方式在频繁起动下，易发生温升，且结构复杂，不常用。

由此可知上述几种起动方式的共同特点是控制电路简单，起动转矩基本固定不可调，起动中都存在二次冲击电流，对负载机械有冲击转矩，且受电网电压波动的影响，一旦出现电网电压下降，会造成电机堵转，起动困难，且上述几种起动方法，在停机时都是瞬间停机，遇到负载较重时会造成剧烈的机械冲击。

第三章电动机的具体内容
3.1电动机的分类
电动机有直流电动机和交流电动机两大类，直流电动机虽不像交流电动机那样结构简单、制造容易、维护方便、运行可靠，但由于交流电动机的调速问题长期未能得到满意的解决，因此在过去一段时间内，直流电动机显示出交流电动机所不能比拟的良好的启动性能和调速性能，具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；过载能力大，能承受频繁的冲击负载；能满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。

而直流发电机则能提供无脉动的大功率直流电源，且输出电压可以精确地调节和控制。

目前，虽然
交流电动机的调速问题已经解决，但是，速度调节要求较高，正、反转和启、制动频繁或多单元同步协调运转的生产机械，仍采用直流电动机拖动。

但直流电机也有它显著的缺点：一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高；二是运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花，因而可靠性较差，维护比较困难。

所以在一些对调速性能要求不高的领域中己被交流变频调速系统所取代。

但是在某些要求调速范围大、快速性高、精密度好、控制性能优异的场合，直流电动机的应用目前仍占有较大的比重。

3.2主要结构
直流电动机分为两部分：定子与转子。

定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。

转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。

定子和转子之间由空气隙分开。

3.2.1定子
定子就是发动机中固定不动的部分，它主要由主磁极、机座和电刷装置组成。

主磁极是由主磁极铁芯（极心和极掌）和励磁绕组组成，其作用时用来产生磁场。

极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电动机空气隙中磁感应强度分配最为合理，并用来阻挡励磁绕组。

主磁极用硅钢片叠成，固定在机座上。

机座也是磁路的一部分，常用铸钢制成。

电刷是引入电流的装置，其位置固定不变。

它与转动的交换器作滑动连接，将外加的直流电流引入电枢绕组中，使其转化为交流电流。

直流电动机的磁场是一个恒定不变的磁场，是由励志绕组中的直流电流形成的磁场方向和励磁电流的关系由右螺旋法则确定。

在微型直流电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。

3.2.2转子
转子是电动机的转动部分，主要由电枢和换向器组成。

电枢是电动机中产生感应电动势的部分，主要包括电枢铁芯和点数饶组。

电枢铁芯成圆柱形，由硅钢片叠成，表面冲有槽，槽中放电枢绕组。

通有电流的电枢绕组在磁场中受到电磁力矩的作用，驱动转子旋转，起了能量转换的枢纽作用，故称“电枢”。

换向器
又称整流子，是直流电动机的一种特殊装置。

它是由楔形铜片叠成，片间用云母垫片绝缘。

换向片嵌放在套筒上，用压圈固定后成为换向器再压装，在转轴上电枢绕组的导线按一定的规则焊接在换向片突出的叉口中。

在换向器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连接起来，并实现将外部直流电流转化为电枢绕组内的交流电流。

结束语
经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。

随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。

电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。

未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

电动机在我国的经济建设中担当着重要的角色，随着我国加入WTO后，我国电动机行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。

从节约能源，保护环境出发，高效率电动机是目前国际发展的趋势。

这样看来，推广中国的高效率电动机是非常有必要的。

参考文献
[1]《机电传动控制》邓星钟华中科技大学出版社
[2]《直流电动机实际应用技巧》谷腰欣司科学出版社
[3]《电机及拖动》许晓峰高等教育出版社
[4]《电动机使用与维修》李洋、孙晋、范翠香人民邮电出版社。