外轉(zhuǎn)子式直流發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)含7張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家.zip

外轉(zhuǎn)子式直流發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)含7張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家.zip,外轉(zhuǎn),直流發(fā)電機(jī),設(shè)計(jì),CAD,開題,報(bào)告,獨(dú)家 1 前言 電機(jī)行業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的行業(yè)。經(jīng)過200多年的發(fā)展，它已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中不可或缺的核心、基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的一環(huán)。作為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，我國(guó)發(fā)展電機(jī)制造業(yè)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。到目前為止，我國(guó)的電機(jī)制造業(yè)已經(jīng)具有一定規(guī)模。據(jù)全國(guó)電工行業(yè)統(tǒng)計(jì)，2006年全國(guó)交流電機(jī)產(chǎn)量達(dá)到15000萬kw，同比增16％；汽輪發(fā)電機(jī)9583萬kw，同比增長(zhǎng)21.64％，水輪發(fā)電機(jī)組1922萬kw，同比增長(zhǎng)49.57％。在經(jīng)過了2006年下半年的低速發(fā)展之后，2007年到現(xiàn)在，我國(guó)電機(jī)制造行業(yè)保持高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。電機(jī)出口市場(chǎng)的需求還將在相當(dāng)一個(gè)時(shí)期趨于穩(wěn)定，交流電動(dòng)機(jī)的國(guó)際市場(chǎng)需求也十分可觀，并將持續(xù)處于高速增長(zhǎng)階段。隨著電機(jī)產(chǎn)品國(guó)外市場(chǎng)的進(jìn)一步拓寬，中小型電機(jī)在出口數(shù)量、品種、產(chǎn)品檔次、創(chuàng)匯額上將會(huì)有重大突破。未來出口電機(jī)產(chǎn)量增長(zhǎng)主要外部原因在于世界經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)，促進(jìn)了行業(yè)貿(mào)易產(chǎn)量的增長(zhǎng)。內(nèi)因是國(guó)內(nèi)出口退稅率改革導(dǎo)致企業(yè)加快出口步伐，及國(guó)內(nèi)外資企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和數(shù)量的快速增加，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)提高，在國(guó)內(nèi)形成巨大的效益，也刺激了出口上升。隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化程度的不斷提高和人們對(duì)家用電器、汽車等消費(fèi)的不斷增加，市場(chǎng)對(duì)電機(jī)的需求也將越來越大。預(yù)計(jì)到2010年，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到6.6億千瓦左右，平均每年將投產(chǎn)發(fā)電裝機(jī)容量3700萬千瓦以上，年均增長(zhǎng)7.8%左右。而電動(dòng)機(jī)的需求與發(fā)電設(shè)備的需求呈1∶3.51的正比關(guān)系，據(jù)此分析，大型、中小型交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的有效需求會(huì)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。 2 電機(jī)的起源與發(fā)展 電機(jī)工作基本原理是利用帶電導(dǎo)體和磁場(chǎng)間的相互作用而把電能變?yōu)闄C(jī)械能。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括兩部分：轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子為電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)軸座組成，導(dǎo)體繞組的排列方式?jīng)Q定電動(dòng)機(jī)的類型及其特性。 1821年英國(guó)科學(xué)家法拉第首先證明可以把電力轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。最先制成電動(dòng)機(jī)的人，據(jù)說是德國(guó)的雅可比。他于1834年前后成了一種簡(jiǎn)單的裝置：在兩個(gè)u型電磁鐵中間，裝一六臂輪，每臂帶兩根棒型磁鐵。通電后，棒型磁鐵與u型磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引和排斥作用 ，帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。后來，雅可比做了一具大型的裝置。安在小艇上，用320個(gè)丹尼爾電池供電，1838年小艇在易北河上首次航行，時(shí)速只有2.2公里，與此同時(shí)，美國(guó)的達(dá)文波特也成功地制出了驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)的電動(dòng)機(jī)，印刷過美國(guó)電學(xué)期刑《電磁和機(jī)械情報(bào)》。但這兩種電動(dòng)機(jī)都沒有多大商業(yè)價(jià)值，用電池作電源，成本太大、不實(shí)用。 直到第一臺(tái)實(shí)用直流發(fā)動(dòng)機(jī)問世 ，電動(dòng)機(jī)才廣泛應(yīng)用。1870年比利時(shí)工程師格拉姆發(fā)明了直流發(fā)電機(jī)，在設(shè)計(jì)上，直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)很相似。后來，格拉姆證明向直流發(fā)動(dòng)機(jī)輸入電流，其轉(zhuǎn)子會(huì)象電動(dòng)機(jī)一樣旋轉(zhuǎn)。于是，這種格拉姆型電動(dòng)機(jī)大量制造出來。效率也不斷提高。與此同時(shí)，德國(guó)的西門子接著制造更好的發(fā)電機(jī)，并著手研究由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，于是西門子公司制成了世界電車。1879年，在柏林工業(yè)展覽會(huì)上，西門子公司不冒煙的電車贏得觀眾的一片喝彩。西門子電機(jī)車當(dāng)時(shí)只有3馬力，后來美國(guó)發(fā)明大王愛迪生試驗(yàn)的電機(jī)車已達(dá)12─15馬力。但當(dāng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)全是直流電機(jī)，只限于驅(qū)動(dòng)電車。 1888年南斯拉夫出生的美國(guó)發(fā)明家特斯拉發(fā)明了交流電動(dòng)機(jī)。它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用交流電，無需整流，無火花，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的家庭電器中，交流電動(dòng)機(jī)通常用三相交流供電。 1902年瑞典工程師丹尼爾森首先提出同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)想。同步電動(dòng)機(jī)工作原理同感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，由定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，便轉(zhuǎn)子繞組用直流供電，轉(zhuǎn)速固定不變，不受負(fù)載影響。因此同步電動(dòng)機(jī)特別適用于鐘表，電唱機(jī)和磁帶錄音機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)是直流激磁，工作特性接其激磁繞組的接線方式不同而有區(qū)別。串激電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適用于牽引和起重，并激電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載大小而變動(dòng)較小，且可以調(diào)節(jié)，可用為定速或調(diào)速之用，復(fù)激電動(dòng)機(jī)兼有以上兩種激磁方式發(fā)動(dòng)機(jī)的特性。 交流換向器電動(dòng)機(jī)，即轉(zhuǎn)子具有換向器的交流電動(dòng)機(jī)。因它既可用于交流 又可用于直流，故稱作交直流兩用電動(dòng)機(jī)或通用電動(dòng)機(jī)，多用于家用電器。 3 直流電機(jī)的簡(jiǎn)介 3.1 直流發(fā)電機(jī)工作原理 直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。） 和電刷 A接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于 N極下，同樣，和電刷 B接觸的導(dǎo)體永遠(yuǎn)位于S 極下。因此，電刷 A始終有正極性，電刷 B始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的但大小變化的脈振電動(dòng)勢(shì)。如果電樞上線圈數(shù)增多，并按照一定的規(guī)律把它們連接起來，可使脈振程度減小，就可獲得直流電動(dòng)勢(shì)。這就是直流發(fā)電機(jī)的工作原理。 3.2 直流電機(jī)的原理結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)是依靠直流工作電壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、電動(dòng)剃須刀、電吹風(fēng)、電子表、玩具等。 電磁式直流電動(dòng)機(jī) 電磁式直流電動(dòng)機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子（電樞）、換向器（俗稱整流子）、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成， 電磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極（主磁極）由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成。根據(jù)其勵(lì)磁（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為激磁）方式的不同又可分為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。因勵(lì)磁方式不同，定子磁極磁通（由定子磁極的勵(lì)磁線圈通電后產(chǎn)生）的規(guī)律也不同。 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間通過電刷和換向器相串聯(lián)，勵(lì)磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵(lì)磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的5倍以上，短時(shí)間過載轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的4倍以上，轉(zhuǎn)速變化率較大，空載轉(zhuǎn)速甚高（一般不允許其在空載下運(yùn)行）。可通過用外用電阻器與串勵(lì)繞組串聯(lián)（或并聯(lián)）、或?qū)⒋畡?lì)繞組并聯(lián)換接來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵(lì)磁電流較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動(dòng)電流約為額定電流的2.5倍左右。轉(zhuǎn)速則隨電流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時(shí)過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。轉(zhuǎn)速變化率較小，為5%~15%?？赏ㄟ^消弱磁場(chǎng)的恒功率來調(diào)速。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接到獨(dú)立的勵(lì)磁電源供電，其勵(lì)磁電流也較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速變化也為5%~15%?？梢酝ㄟ^消弱磁場(chǎng)恒功率來提高轉(zhuǎn)速或通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速降低。 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極上除有并勵(lì)繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵(lì)繞組（其匝數(shù)較少）。串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的4倍左右，短時(shí)間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.5倍左右。轉(zhuǎn)速變化率為25%~30%（與串聯(lián)繞組有關(guān)）。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁場(chǎng)強(qiáng)度來調(diào)整。 換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合金材料，用高強(qiáng)度塑料模壓成。 電刷與換向器滑動(dòng)接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動(dòng)機(jī)的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。 轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為12槽，內(nèi)嵌12組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)接后，再分別與12片換向片連接。 4 外轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1、無機(jī)械式轉(zhuǎn)子位置傳感器控制 轉(zhuǎn)子位置傳感器是整個(gè)驅(qū)動(dòng)系中最為脆弱的部件，不僅增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，而且降低系統(tǒng)的可靠消息和抗干擾能力，同時(shí)還需要占據(jù)一定的空間位置，在很多應(yīng)用場(chǎng)合，例如空調(diào)器和計(jì)算機(jī)外設(shè)都要求無刷直流電動(dòng)機(jī)以無轉(zhuǎn)子位置傳感器方式運(yùn)行。 無轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行實(shí)際上就是要求在不采用機(jī)械傳感器的條件下，利用電機(jī)的電壓和電流信息獲得轉(zhuǎn)子磁極的位置，目前比較成熟的無轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行控制方法有：a、反電動(dòng)勢(shì)法；b、定子三次諧波檢測(cè)法；c、續(xù)流二極管電流通路檢測(cè)法。 2、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制 存在轉(zhuǎn)矩是直流電動(dòng)機(jī)的固有缺點(diǎn)，特別是隨著轉(zhuǎn)速升高，換相導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加劇，并使平均轉(zhuǎn)矩顯著下降。減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是提高無刷直流電動(dòng)機(jī)性能的重要方面。 3、智能控制 隨著信息技術(shù)和控制理論的發(fā)展，在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中，一個(gè)新的發(fā)展方向就是先進(jìn)控制理論，尤其是智能控制理論的應(yīng)用。隨著直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，智能控制技術(shù)受到廣泛的重視。 5 外轉(zhuǎn)子直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 外轉(zhuǎn)子直流電動(dòng)機(jī)是一種用電子換向線路和轉(zhuǎn)子位置代替有刷直流電動(dòng)機(jī)的電機(jī)，它具有運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無勵(lì)磁損耗且可方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上可分為兩類：一是內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，即定子在外，永磁體在內(nèi)；另一類是外轉(zhuǎn)子永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，即定子在內(nèi)，永磁本在外。 與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，無刷直流電動(dòng)機(jī)具有更大功率密度，更高的效率和更好的控制性能，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、由于采用高性能永磁性材料，，無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子體積得以減小，可以具有較低的慣性，更快的響應(yīng)速度，更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。 2、由于沒有轉(zhuǎn)子損耗，也無需定子勵(lì)磁電流分量，所以無刷直流電動(dòng)機(jī)具有較高的效率和功率密度。對(duì)于同等容量輸出，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)需要更大的功率整流器和逆變器。 3、由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無刷直流電動(dòng)機(jī)也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。 4、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)非線性本質(zhì)和復(fù)雜的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化為離散六狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標(biāo)變換。 6 本課題研究意義及價(jià)值 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該設(shè)計(jì)過程，可以檢驗(yàn)學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生處理工程中實(shí)際問題的能力，因此意義特別重大。 通過本次設(shè)計(jì)我們還能夠達(dá)到下面的目的： （1）培養(yǎng)綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。 （2）培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。 （3）培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等手冊(cè)、圖冊(cè)工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 （4）培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。 7 總結(jié) 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們制造水平的不斷提高，對(duì)電機(jī)的要求也是越來越嚴(yán)格。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便噪聲小，所以這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用。是傳統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者，具有強(qiáng)大的市場(chǎng)潛力。 本設(shè)計(jì)論文對(duì)外轉(zhuǎn)子直流電機(jī)目前發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的調(diào)查和總結(jié)，分析了直流電機(jī)的特征，介紹了目前國(guó)內(nèi)關(guān)于直流電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。系統(tǒng)的說明了直流電機(jī)的作用及工作原理。詳細(xì)的設(shè)計(jì)出一種符合設(shè)計(jì)要求的外轉(zhuǎn)子式直流電動(dòng)機(jī)，到達(dá)了預(yù)期的效果和畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。 參考文獻(xiàn) 1、葉金虎，無刷直流電動(dòng)機(jī)，科學(xué)出版社，1982 2、張深，直流無刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，1996 3、沈建新，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)特殊繞組結(jié)構(gòu)及無位置傳感器控制的研究，浙江大學(xué)博士論文，1997 4、林友仰、葉云岳，電機(jī)優(yōu)化技術(shù)，浙江大學(xué)出版社，1989 5、李燁等，永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)發(fā)展水平與應(yīng)用前景，微電機(jī)，2001 6、胡虔生等，電機(jī)學(xué)，水利電力出版社，2001 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