实用直流电机计算公式 直流电机的计算3篇

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直流电机计算公式 直流电机的计算篇1

第1章

直流电机

教学要求

掌握直流电机基本工作原理，会分析其电路系统和磁路系统；掌握单叠绕组的基本分布规律，正确理解电刷、换向器在直流电机中的作用；会计算直流电机的感应电动势和电磁转矩，会分析他励直流电动机的机械特性；掌握各种启动方法及调速方法的原理及特点。

教学重点

直流电机的运行原理、机械特性、启动、制动、调速。

教学难点

感应电动势和电磁转矩计算、换向、制动。

课时安排

本章安排12课时，其中实验4课时。

教学大纲

直流电机概述

直流电机的结构 1.定子部分 2.转子部分

直流发电机和电动机的基本工作原理

1.直流发电机 2.直流电动机

3.直流电机的可逆性原理 4.励磁方式

直流电机的铭牌数据

1.型号

2.额定电压

3.额定电流

4.额定功率

5.额定转速

6.额定励磁电流

直流电机的电枢电动势和电磁转矩

直流电机的电枢电动势 直流电机的电磁转矩 直流电机的运行原理

直流电动机的基本平衡方程 1.电动势平衡方程式 2.功率平衡方程式 3.转矩平衡方程式

他励直流电动机的工作特性 1.转速特性 2.转矩特性 3.效率特性

他励直流电动机的机械特性

他励直流电动机机械特性的表达式 他励直流电动机的固有机械特性 他励直流电动机的人为机械特性 1.电枢回路串联电阻的人为机械特性 2.降低电源电压的人为机械特性 3.减弱励磁磁通的人为机械特性 他励直流电动机机械特性的求取 1.固有机械特性的求取 2.人为机械特性的求取

电力拖动系统稳定运行的条件 他励直流电动机的启动

他励直流电动机电枢回路串联电阻启动 他励直流电动机降压启动 他励直流电动机的制动

他励直流电动机能耗制动 1.电动机拖动反抗性负载 2.电动机拖动位能性负载 他励直流电动机反接制动 1.电源反接制动 2.倒拉反接制动

他励直流电动机回馈制动 1.正向回馈制动 2.反向回馈制动

他励直流电动机的调速

他励直流电动机调速指标 1.调速范围 2.相对稳定性 3.平滑性 4.经济性

他励直流电动机调速方法 1.电枢回路串联电阻调速 2.降低电源电压调速 3.减弱磁通调速

主要概念

定子、转子、电刷、电枢绕组、励磁方式、电枢电动势、电磁转矩、位能性负载、制动、调速、平滑性、机械特性。

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直流电机计算公式 直流电机的计算篇2

《电机与电力拖动》

课程设计报告

设计题目： 直流电动机制动设计 学生姓名： 尤鹏达

专业班级： 14本科电气（1）班

学 号： 1412406502029 指导教师： 胡林林 课程设计时间：

目 录

一、设计目的...........................................................1

二、系统设计要求.......................................................1

三、正文...............................................................2

（一）、直流电动机的基本结构和工作原理................................2

（二）、反接制动......................................................3

（三）、回馈制动......................................................5

（四）、能耗制动......................................................6

（五）、参数设定和计算...............................................11

四、总 结............................................................12

五、参考文献..........................................................13

《直流电动机制动设计》课程设计报告

摘 要: 直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其优良的起动、调速和制动性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为他励、并励、串励和复励四种。直流电动机有三种制动状态：能耗制动、反接制动(电压反向反接和电动势反向反接)和回馈制动。本文在直流电动机的结构与工作原理的基础上，给出了电机制动的定义，对电机制动的方法进行了简单介绍，并着重分析了他励直流电动机制动的三种制动状态，通过一系列实验重点介绍能耗制动。关键词:直流电动机；能耗制动；反接制动；回馈制动

一、设计目的

1、通过课程设计，对所学的直流电机的工作原理及其制动方式进行的复习与总结，巩固所学的理论知识。

2、通过本次课程设计提高学生分析问题和解决问题的能力。

3、学会使用网络资源进行相关文献和资料的查找。

4、培养团队合作的精神。

二、系统设计要求

能耗制动是一种制动形式。又分为直流电机的能耗制动和交流电机的能耗制动。他励直流电机的能耗制动：电动机在电动状态运行时若把外施电枢电压u突然降为零，而将电枢串接一个附加电阻r，即将电枢两端从电网断开，并迅速接到一个适当的电阻上。电动机处于发电机运行状态，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻上。随着动能的消耗，转速下降，制动转矩也越来越小，因此这种制动方法在转速还比较高时制动作用比较大，随着转速的下降，制动作用也随着减小。

能耗制动又分两种，分别用于不同场合：迅速停机和下放重物。若电动机拖动的是反抗性恒转矩负载，则通过迅速停机的方法进行能耗制动，若拖动位能性恒转矩负载，则通过下放重物进行能耗制动。

能耗制动是一种常见的制动方法，广泛应用在工业生产中，有优点同时也存在着缺点，在这份课程设计中，我们将会仔细分析能耗制动是怎么实现的，使得我们更好的了解和利用它，同时尽最大努力提出改进。

三、正文

直流电动机的启动·制动的动态性能好，可以在很多快速调速的场合应用。在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者从某高速降到某低速运转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题。实现制动有两种方法，机械制动和电磁制动。电磁制动是使电机在制动时使电机产生与其旋转方向相反的电磁转矩,其特点是制动转矩大,操作控制方便。直流电机的电磁制动类型有能耗制动、反接制动和回馈制动。

（一）、直流电动机的基本结构和工作原理

直流电动机可分为两部分：定子与转子。其中定子包括：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。如下图所示：

+finab-（1）、定子

φnib ciadsφ f电动机模型

图1-1电动机模型

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，其作用是用来产生磁场。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确定。在微型直流电动机中，也有用永久磁铁作磁极的。

（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电枢饶组。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。

（二）、反接制动

反接制动可用两种方法实现，即转速反向（用于位能负载）与电枢反接（一般用于反抗性负载）。

（1）、转速反向的反接制动

他励直流电动机拖动位能性负载，如起重机下放重物时，若在电枢回路串入大电阻，致使电磁转矩小于负载转矩，这样电机将被制动减速，并被负载反拖进入第ⅳ象限运行。

特点：rω较大，使tsttz电枢电路的电压平衡方程式变为ia(rarω)u(ea)uea转速反向的反接制动特性方程式为nn0 rarωt<0(n为负）2cect 3

图1-2转速反向的反接制动电路图

转速反向的反接制动的机械特性曲线就是电动状态时电枢串电阻时的人为特性在第四象限的部分。

由曲线知，因tsttz重物加速下放，直到d点ttz时，获得稳速下放（一般nn0）

由于uea可达到2un,r必须较大，限制ia，同时保证tsttz，由ia2(rarω)uiaeaia上式表明，uia与eia两者之和消耗在电枢电路的电阻rarω 上。

（2）、电枢反接的反接制动

图1-3电枢反接的反接制动图

特点：u<0,rrarω 机械特性：nn0rarωt 2cect电枢反接的反接制动机械特性是一条过-n0 的直线，在第二象限部分(bc段)。（n为正，t为负）

（三）、回馈制动

（1）、正向回馈制动

他励直流电动机通过降低电压来减速时，若电压下降幅度较大，会使得工作点经过第ii象限，如图中的bc段，转速为正而电磁转矩为负，电动机运行于制动状态。在这一过程中，由于电源电压下降，使得ea>u,电流方向改变，电能从电动机回馈到电源。

在电力机车下坡时，由于重力作用使得电动机转速高于原来的空载转速，ea增大，超过u以后，电流也会反向，进入正向回馈制动状态。

(2)、反向回馈制动

他励电动机拖动势能性恒转矩负载运行。

反接电源电压并给电枢支路串入限流电阻。工作点将会稳定在第iv象限。在d点，电动机的转速高于理想空载转速，ea>u，电流流向电源，属于反向回馈制动。

反向回馈制动常用于高速下放重物时限制电机转速。

（四）、能耗制动

（1）、制动方法制动和制动过程

直流电动机的制动方式有多种：能耗制动、反接制动和回馈制动。在此我们选择的研究方向是能耗制动。

直流电动机开始制动后，电动机的转速从稳态转速到零或反向一个转速值（下放重物的情况）的过程称为制动过程。对于电动机来讲，我们有时候希望它能迅速制动，停止下来，如在精密仪器的制动过程中，液晶显示屏幕的切割等等，但有的时候我们却希望电机能够慢慢地停下来，利用惯性来工作。于是，直流电动机能耗制动又分为迅速停机和下放重物两种方式。

（2）、能耗制动之迅速停机

1、迅速停机之机械特性

如图1-4所示，制动之前，转速n不为零，甚至相对较大，电动机平稳的运行。此时直流电动机的反电动势(e=ce*φ*n)存在甚至在某些场合很大，由于电枢电阻ra较小，ia=（u-e）／ra。当我们开始制动瞬间，电动机系统因为惯性继续旋转，n的方向不变，由于磁场方向不变，故e的方向也不变。由于电源被瞬间切除，此时相对于之前正常运转状态，电流方向ia改变，而磁场方向不变，使得t反向成为制动转矩。此时电动的转速就迅速下降至零（在t和tl的共同作用下）。当n=0时，e=0;ia=0;制动转矩和负载转矩都消失，电动机自动停机。

图1-4迅速停机之机械特性图

2、迅速停机之状态分析

上述过程我们也可以用公式来说明，电动状态时，如图1-5:

图1-5能耗制动迅速停机电路图 n与t关系如下：

能耗制动时，如图1-6：

图1-6能耗制动迅速停机电路图

ua=0，电枢回路中又增加制动电阻与t关系如下：

n=-(ra+rb)*t/(cｅ*ct*φ*φ)

那么为什么要串入电阻rb呢？如果没有rb，在制动的瞬间，e的大小不变(e=ce*φ*n)，一般情况e的值较大，那么此时的电流将会很大，很可能超出电枢回路电流的最大允许值iamax,所以我们一般在迅速停机制动的同时，也串入一个电阻，并且这个电阻值有要求：

iab=e/(ra+rb)<= iamax 式中，ea=eb，是工作于b点和a点时的电动势。由此求得: rb>=eb/iamax-ra

（3）、能耗制动之下放重物

1、下放重物之机械特性

如图1-7，如果电动机位能性很转矩负载。制动前，系统工作在机械特性1与负载特性3的交点a上，电动机以一定的速度提升重物。在需要稳定下放重物时，速度 不会突变，则由a点移动b点，此时电动机处于能耗制动状态，此时由b点移动到o点，这个过程与能耗制动的迅速停机过程情况一样。但此时电动机不会停止不动而是，在负载转矩的作用下，电动机反转，即反向启动，工作点开始在第四象限继续下移，此时n反向，ia又回到正向，那么t依旧提供向上拉力，tl不变，则当下降速度越来越大，e（正向）也越来越大（e=ce*φ*n），ia也越来越大，t也越来越大（t=ct*φ*ia），最终在c点处达到平衡。这是能耗制动下放重物的过程。

能耗制动运行与能耗制动过程相比，由于n反向，引起e反向，使得ia与最初的上升时方向相同，t也同样。下图是能耗制动过程中，n>0，t<0;在能耗制动运行时，n<0,t>0的情况。

图1-7能耗制动迅速停机过程

2、下放重物之状态分析

能耗制动的运行过程也可以用公式来说明。如图1-8：

图1-8制动后的电路图

n与t关系如下：

n=-(ra+rb)*t/(cｅ*ct*φ*φ)当平衡的时候，如图1-9：

图1-9制动后的电路图

t=tl，则可以得出： n=(ra+rb)*tl /(cｅ*ct*φ*φ)

同样，能耗制动运行的效果与制动电阻rb的大小有关，rb小，特性2 的斜率小，转速小，下放重物慢(rb在满足要求内)。那么在c点时： ra+rb=ec/iac= cｅ*ct*φ*φ*n/(tl-to)下放重物时，to和tl方向相反，与t方向相同，故t= tl-to.可见，若要以转速下放负载转矩为tl的重物时，制动电阻应为: rb=ce*ct*φ*φ*n/(tl-to)-ra 如果我们忽略了to，则: rb= cｅ*ct*φ*φ*n/tl-ra.（五）、参数设定和计算

一台他励直流电动机，参数如下：pn = ，un=220v，in=31a，nn=1000r/min，电枢电阻ra = ω，负载转矩tl=49，电枢电流不能超过额定电流的2倍，忽略空载转矩t0。

电动机拖动反抗性负载，采用能耗制动停车，电枢回路应串入的制动电阻最小值是多少？若采用电枢反接制动停车，电阻最小值是多少？

电枢串联电阻值：

cenuninra

电动状态的稳定转速：

nunrat1010r/min2cencectn

能耗制动电阻：

rbkearaibk

电枢反接制动电阻：

rbkunearaibk

电动机拖动位能性恒转矩负载，要求以300r/min速度下放重物，采用倒拉反接制动运行，电枢回路应串入多大电阻？若采用能耗制动运行，电枢回路应串入多大电阻？

倒拉反接稳定制动时的电枢电流：

ibk tlctn 倒拉反接制动电阻：

rbkunearaibk

能耗制动稳定运行时的电阻：

rbkcennraibk

想使电动机以n =-1200r/min速度，在反向回馈制动运行状态下，下放重物，电枢回路应串多大的电阻？若电枢回路不串电阻，在反向回馈后制动状态下，下放重物的转速是多少？

反向回馈制动运行时的电阻：

rbkunearaibk

反向回馈制动运行，不串电阻时的转速：

nunibkra1105r/mincen

四、总结

直流电动机的制动方式有多种，本文设计的研究方向重点是能耗制动，根据制动要求和条件的不同能耗制动又分为迅速停机和下放重物，并以他励直流电动机为例进行分析。

通过本次课程设计，我对所学的直流电机的工作原理及其调速方式有了进一步的认识，巩固了所学的理论知识。

本次课程设计提高了我分析问题和解决问题的能力，提高了我的团队意识。

五、参考文献

[1] 刘锦波.张承.电机与拖动[m].北京：清华大学出版社.2006 [2]建模与仿真应用[m].北京：机械工业出版社.2010 [3]许晓峰.电机与拖动学习指导[m].北京：高等教育出版社.2010

教师评语及成绩评定：

指导教师签名： 年 月 日

直流电机计算公式 直流电机的计算篇3

在编制材料订货料单以前，必须进行材料排版。排版时，应对设计图杆件进行编号，排版图中应有对应的杆件号，以便为今后核查使用。最后将排版料单和排版图、图纸编号图一并提交。

现将一些材料排版、订货要求简述如下：

一、材料订货

材料订货的最大尺寸限制（考虑钢厂制作和运输条件）板材：

厚板（≥25mm）宽1~3米，长度~12米；

中厚板（8~22mm）宽1~米，长度2~12米； 薄板（4~7mm）宽1~2米，长度2~6米； 管材和型材：长12米以下。重量计算

钢材比重取。

钢板单重公式：w=，其中：w: kg/m2, t: 板厚，mm。

钢管单重公式：w= t*(d-t)，其中：w: kg/m, t: 壁厚，mm，d: 管外径，mm。

六角钢单重公式：w=*h，其中：h为两对边垂直距离，mm。

锥台展开公式：锥台展开后为扇形。锥台制作时，先将扇形一分为二，分别压制后再焊接成锥台。设锥台大口直径为d，小口直径为d, 母线斜角为β，现求展开扇形一半的型长。

则：外半径l=d/(2sinβ)，内半径i=d/(2sinβ)，圆心角α=180º sinβ。

锥台侧面积公式：s=л(r1+r2)p, 其中，r1、r2为上下口半径，p为母线长。

二、部件展开计算

直径小于等于406的管材为无缝管；直径大于406的管材为有缝管，即直缝管，也称焊接管。有缝管和锥台是由钢板卷制而成的。

对于管材，直径小于3米时，一般按单道焊缝考虑；直径大于3米时；可考虑两道纵缝，即由两半制成。本项目的吸力桶分两半制造。

对于锥台，无论直径大小，均由两半制成。

1.管材展开

展开计算时，按管材壁厚的中心计算。

2.锥台展开

展开计算时，按锥台壁厚的中心计算。计算公式见上述。

三、材料排版

3.部件在钢板上排版时，一律从左上方排起，将余板甩在右下角，标出余板尺寸。4.板四周要求留有20mm 板条余量以便下料时整边。

5.切割线消耗掉的板宽按2mm(板厚50以下)和5mm(板厚50以上)考虑。6.给排版余量时，统一在排版后的右下角给出，禁止在部件间给出。7.同一张板上，如果排布的杆件数量超过50件，可以以杆件为单位适当给些余量。8.管材卷制和锥台压制，要留有压头余量。余量大小需要与制造厂确认，一般在周长方向要一共留300mm余量。h248项目的压头余量见附页。

9.管材排版时，在管长方向要留50mm余量。

10.管材最大卷制长度取决于管径和壁厚。最大长度需要与制造厂确认。h248项目的最大长度见附页。国内卷管最大长度一般不超过3米。

11.管材分段时，避开其他杆件焊缝，结构杆时按api rp2a, 附件焊缝时，避开50-100mm。

四、订货材料表

1、材料表格式。按业主制定的格式。

2、材料表的编排顺序按如下原则：管材、板材、型材、标准件单独列表。在同一类别中，要按照先材质高低，后规格大小的顺序。规格中，管材要按照先管径大小，后壁厚大小的顺序；板材要按照先板厚，后宽、长大小的顺序；型材要按照先高度大小，再宽度大小，后壁厚大小的顺序。

附表：excel计算常用函数

degrees（）弧度转化为角度 radians（）角度转化为弧度 exp(n)返回e的n次方

sumsq(n1,n2,n3….)返回平方和 sqrt（）返回平方根

power(a,b)返回a的b次方

log10(c)返回以10为底，c的对数 log(c,d)返回以d为底，c的对数 ln(c)返回以e为底，c的对数 abs(c)返回c的绝对值

惯性矩计算公式：

bh3矩形截面：ix

12平行移轴公式：ix1ixa2a

yaiyii1nnai1ibhb1h11b2b2h2222

b1h1b2h2ixii

i1n