直流电动机闭环调速系统—课程设计论文.docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

直流电动机闭环调速系统—课程设计论文

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

直流电动机闭环调速系统—课程设计论文

摘要：本文针对直流电动机闭环调速系统进行了深入研究，详细介绍了系统的组成、工作原理以及控制策略。首先对直流电动机的基本原理进行了阐述，然后分析了闭环调速系统的设计要点，包括传感器选择、控制器设计、驱动电路设计等。接着，通过仿真实验验证了所设计的闭环调速系统的稳定性和优越性。最后，对系统在实际应用中的性能进行了评估，为直流电动机闭环调速系统的设计和应用提供了有益的参考。

前言：随着工业自动化程度的不断提高，对直流电动机调速系统的性能要求也越来越高。直流电动机因其结构简单、运行可靠、调速范围广等优点，在工业领域得到了广泛应用。然而，传统的直流电动机调速系统存在调速精度低、动态响应慢等问题。为了提高直流电动机调速系统的性能，闭环调速系统应运而生。本文旨在设计并实现一个高性能的直流电动机闭环调速系统，以满足工业生产中对电机调速性能的更高要求。

第一章直流电动机基本原理

1.1直流电动机的结构

(1)直流电动机的结构主要由定子、转子和换向器三大部分组成。定子是电动机的固定部分，通常由铁芯和绕组构成，铁芯用于导磁，绕组则是电流流经的地方，通过电磁感应产生磁场。转子则是电动机的旋转部分，由铁芯和绕组组成，其绕组与定子的绕组通过换向器进行连接，实现电能到机械能的转换。

(2)定子铁芯通常采用硅钢片叠压而成，这种结构可以降低电动机的噪音和发热。定子绕组通常采用扁线绕制，这种绕制方式可以提高绕组的散热性能和机械强度。转子铁芯也采用硅钢片叠压，转子绕组则采用绕线方式，这种绕制方式可以保证转子绕组的均匀分布，提高电动机的运行效率。

(3)换向器是直流电动机中一个重要的部件，它由多个铜片组成，通过机械方式与转子绕组相连接。换向器的主要作用是改变转子绕组中的电流方向，从而实现电动机的持续旋转。换向器与电刷的接触良好与否直接影响到电动机的运行效率和寿命。此外，直流电动机还可能包含其他辅助部件，如轴承、风扇等，这些部件共同构成了直流电动机的完整结构。

1.2直流电动机的工作原理

(1)直流电动机的工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力。当直流电动机接通电源后，电流通过定子绕组产生磁场，这个磁场与转子绕组中的磁场相互作用。根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，会在导体中产生感应电动势。在直流电动机中，定子绕组产生的磁场与转子绕组中的磁场相互作用，导致转子绕组中产生感应电动势。这个感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。

以一台额定功率为100kW的直流电动机为例，假设定子绕组匝数为1000匝，转子绕组匝数为500匝，当定子绕组中通过电流为100A时，根据欧姆定律，定子绕组中产生的磁通量变化率为0.1Wb/s。根据法拉第电磁感应定律，转子绕组中产生的感应电动势为50V。

(2)当转子绕组中产生感应电动势时，根据基尔霍夫电压定律，转子绕组中会产生电流。这个电流与定子绕组中的电流相互作用，产生洛伦兹力。洛伦兹力的方向根据右手定则确定，当电流方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力的方向垂直于电流方向和磁场方向。在直流电动机中，洛伦兹力的方向始终与转子的旋转方向相同，因此转子会持续旋转。

以一台额定转速为1500r/min的直流电动机为例，假设转子绕组中电流为10A，转子绕组匝数为100匝，根据洛伦兹力公式，洛伦兹力的大小为0.1N。当转子绕组中电流为100A时，洛伦兹力的大小为10N。在实际应用中，直流电动机的转速与电流成正比，转速与洛伦兹力成正比。

(3)直流电动机的转速和转矩可以通过调节定子绕组中的电流来控制。当定子绕组中的电流增大时，产生的磁场强度和洛伦兹力也随之增大，从而提高电动机的转速和转矩。反之，当定子绕组中的电流减小时，电动机的转速和转矩会降低。这种通过调节电流来控制电动机转速和转矩的方法在实际应用中非常广泛。

以一台额定功率为50kW的直流电动机为例，假设电动机的额定电流为100A，当电动机的负载转矩为100Nm时，电动机的转速为1500r/min。当负载转矩增加到200Nm时，为了保持电动机的稳定运行，需要将定子绕组中的电流增加到150A，此时电动机的转速会降低到1200r/min。通过调节电流，可以实现对直流电动机转速和转矩的有效控制。

1.3直流电动机的主要性能指标

(1)直流电动机的主要性能指标包括额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、最大转矩、启动转矩、效率、功率因数和温升等。额定功率是指电动机在额定电压和额定电流下长期连续运行时所能输出的功率，通常以千瓦（kW）为单位。例如，一台