关于改善直流电机EMC方案

第一篇：关于改善直流电机EMC方案

一.单相串激电机的换向种类分为:直线换向(电阻换向).延时换向.超前换向,由于有电抗电势的存在和影响,直线换向根本不存在,因此单相串激电机的换向只有两种,不是延时换向,就是超前换向;

1.当电抗电势所形成的环流大于换向电势所形成的环流时,直线换向就变成延时换向,此时后刷边的电流密度大于前刷边的电流密度,造成后刷边的火花较大;

2.当电抗电势所形成的环流小于换向电势所形成的环流时,直线换向就变成超前换向,此时前刷边的电流密度大于后刷边的电流密度,造成前刷边的火花较大;

二.单相串激电机的换向好坏直接影响EMC的测试,要想改善EMC就必须改善电机的换向,改善电机的换向有以下措施:

1.选用与换向器接触电阻较大的碳刷,而增加碳刷与换向器的接触电阻最有效的办法是选用硬质碳刷,碳刷越硬,接触电阻越大,接触压降也越大,相对的削弱了电感的影响,使换向过程近似于直线换向,有利于消除火花.碳刷根据接触电阻大小分为:碳石墨碳刷.石墨碳刷.电化石墨碳刷和铜石墨碳刷.需要注意的是,每种电机都有适合其性能的碳刷,有的电机可能这种碳刷火花大,而换上另一种碳刷可能就满足换向要求,因此,一个电机尽量多试几种碳刷,以找到最适合该电机的碳刷.2.控制碳刷弹簧压力在250～500g/cm²之间;

3.控制碳刷电流密度≤12A/cm²

4.控制换向器片间电压＜ 25V;

5.控制碳刷在刷握里的单边尺寸在0.05-0.39MM之间;

6.控制换向器与刷握的端面间距在1.5±0.5MM之间;

7.控制换向器的表面粗糙度Ra<0.4

8.减少电抗电势E=2×I×L/T,其中I为电枢电流,L为线圈电感,T为换向周期,要减少电抗电势,可采用减少换向线圈的匝数,即减少转子的线圈数;采用较短的铁芯长度等;

9.利用换向电势或速度电势来抵消电抗电势;

10.逆转子旋转方向移动碳刷10度-26度;

11.在绕线时,将接线顺着转子的旋转方向偏前1-2片;

12.在绕线时,采用短距绕组,而不能采用全距绕组;

13.加强定子磁场以相对削弱转子磁场的办法,即加大定子的激磁安匝数;

14.定子采用不均匀气隙,其益处:可降低由于电枢反应所引起的气隙磁场的畸变程度,使换向器的片间电压最大值减小,从而可减少换向火花(见下图)

15.限制变压器电势E=4.44×f×W2×￠,其中f为电源的频率, W2为转子的每元件匝数, W2=N/2K,N为转子的总导体数,K为换向片数, ￠为定子单边磁通量,要减少变压器电势可采用增加换向器片数的办法,或者减少转子的每元件匝数,一般将变压器电势控制在≤7V.三.改善EMC的措施

一台高速运转的带换向器的串激电机就相当于一台无线电发射装置,由于换向时产生火花和电弧,它将产生低频和高频的无线电干涉影响电视广播和无线电通讯,因此需要对其产生的干扰进行抑制;

1.电磁干扰形成的原因

A.电机换向时导致参与换向的电枢线圈短路,回路流过短时大电流,当换向片与碳刷断开位置时,碳刷与换向片之间产生换向火花,使换向区域附近的空气介质电离,在空气中形成带电粒子,从而形成电磁干扰,这种火花电离产生的干扰频谱较宽且连续分布,对广播电视产品.通讯类产品及其他电子类产品有较大的干扰作用;

B.由于可控硅.整流二极管.开关等在导通和截止的工作特性和导通的稳定性较差,也会产生高频次谐波干扰分量;

C.由于电机的定子铁芯和转子的开槽设计和线圈上磁路设计比较饱和,也会产生较大的高频次谐波干扰分量引起电磁干扰.2.EMC: Electro Magnetic Compatibility(电磁兼容性):根据电磁兼容指令89/336/EEC,其定义为:装置.设备单元或系统在电磁环境中能够正常工作(抗扰度),并且不对该环境中的任何装置.设备构成不能承受的干扰(发射)能力.3.串激电机运转产生的低频波段在0.15MHz-30MHz,该波段的频率一般通过传导干扰由电源线反馈回电网;

4.串激电机运转产生的高频波段在30MHz-300MHz,该波段的频率通过辐射干扰以电磁波的形式辐射到空间,通过电视广播和无线电通讯的天线接收而影响接收器的正常工作;

5.电磁干扰的途径见下图.6.GB4343.1-2003对频率在0.15MHz-30MHz连续干扰电压的允许值和频率在30MHz-300MHz的干扰功率值有严格的规定,这里不详述,有兴趣的同事可查此标准.7.下面从结构设计和制造工艺方面就降低无线电干扰采取的一些措施:

A.重视对电机换向的改善,只要电机的换向改善了,电机对无线电干扰的程度就会得到很大的改善,改善换向的方法如前面所述;

B.重视刷握在机壳中的定位方法,刷握固定的形式必须牢固可靠,以防止由于刷握的微量跳动而使高频分量过大,造成干扰功率的过大;C.内部连接线与导电部位的联接要可靠,并稳妥地安置在合适位置,比如稳妥地安放在卡线槽内,接触点不牢固将会对30MHz以上的高频分量带来较大的干扰电平;

D.碳刷与换向器的材质要相宜,尤其是硬度搭配要合适,不能一个软一个硬,要防止换向器表面的过早磨损而出现表面不平,引起干扰电平的增大;

6.安装附加抑制器,为改善高频时滤波器的抑制效果,提高对高频干扰功率的抑制能力,可以采用附加抑制器,常见的形式有:

A.在碳刷两端并接一只电容器;B.在碳刷和定子绕组间串接电感;

C.A和B的组合;D.在手柄电源线中串接两只电感;

E.采用三角形电容.F.采用三角形电容和电感的配合使用.采用附加抑制器主要就是利用电感和电容的“通高频阻低频”或“通低频阻高频”的特点,减弱因电动工具高速旋转所产生的低频干扰和高频辐射,从而减少对电视广播和无线电通讯的干扰.随着科学技术的发展,电视广播和无线电通讯的频率范围已从甚高频(VHF)300MHz以下发展到超高频(UHF),频率范围300MHz-3000MHz,因此有的国家特别是欧洲国家已要求抑制干扰的频率扩大到10KHz-1000MHz,这给电动工具的EMC测试提出了新的要求.同时,高速运转的串激电机不仅对电视广播和无线电通讯带来干扰,同时对附近工作的微型化和电子化的电子仪器也产生干扰,影响其准确度和精确度.电磁兼容性反映了电子设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境的任何设备产生无法忍受的电磁干扰能力，它包含两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值即EMI(ElectromagneticInterference);另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性EMS(ElectromagneticSusceptibility),商用电气产品为取得某一市场的销售资格，其EMI水平必须通过强制性认证，即达到某一标准，如国际无线电干扰特别委员会的IECCISPRI4-1，欧洲的 EN55014-1，或中国的GB4343.1等等。各类标准事实上是等效的川。1EMI产生的根源

对于由小型永磁直流电机驱动的各类产品，通常只有EMI的问题。EMI可分为传导干扰和辐射干扰:传导干扰是指干扰能量沿着电缆以干扰电压的形式传播;辐射干扰是指干扰能量以电磁波的形式通过空间将其信号藕合(干扰)到另一个电网络。

为限制永磁电机的EMI，必须搞清干扰源才能有效对电磁干扰加以抑制。在由永磁直流电机驱动的各种工业产品中，EMI的来源主要包括: L1电机的火花

火花使换向区域附近的空气介质电离，在空气中形成带电粒子，形成电磁干扰;L2非线性器件 可控硅、整流二极管以及晶体管开关的导通和截止的工作特性会产生高频谐波干扰;1.3电机的磁路

过于饱和的磁路也会产生较大的电磁干扰。

在产品中加装滤波器以及采用各种屏蔽手段可以有效地抑制EMI，但从根源上消除干扰源的干扰同样重要。在上述各干扰源中，直流电机在换向过程中产生的火花，由于其成因复杂，在实际应用中常常难以控制。表面上，电机生产过程中的各种不良工艺都会加剧运行中的火花，必须加以控制，如换向器表面的精车水平包括圆度、跳动、光洁度，转子的动平衡水平，此外，弹簧的压力以及碳刷的材质都会对火花的大小产生极大的影响。理论上，火花产生的根源是换向中产生的各种电动势，包括电抗电势及变压器电势，换向片上的片间电压以及转子上的电枢反应等。这其中，电抗电势是最主要的。

换向时，电枢电流在极短的时间内变换方向，线圈电流的换向过程由图1简示。

2抑制电抗电势的方法

由上述分析可知，抑制永磁直流电机EMI的根本在于有效地削弱换向过程产生的电抗电势。当然，前提是必须保证电机生产工艺及电机在产品中装配的稳定性。这里仅限从理论上探究抑制电抗电势的方法。

根据(1)，削弱电抗电势的手段包括调整定转子线圈匝数比或依靠增加换向片数来减少每线圈匝数以减小电感，或适当加大碳刷宽度以增加换向周期，另外，增大碳刷的电阻率亦可减小电抗电势对换向的阻碍。

但是，在工程实际中，上述条件只能非常有限的被满足。比如，匝数比太大会造成磁路过度饱和，反而会恶化EM1;同时过高的定子槽满率不仅会降低电机的过载能力，也会影响生产效率;又如，受限于生产工艺水平，换向片数也无法太大。至于碳刷电阻率，受发热限制，亦无法无限度提高。所以，设法在换向过程中产生一个与电抗电势反向的电动势将其抵消将是抑制火花和EMI的最有效的方法。众所周知，直流电机在磁极间加装换向极可以产生与电抗电势相反的电势，但小型直流电机受空间所限，不便加装换向极，所以，绝大多数设计都采用逆电机转向偏移碳刷位置的方法来达到与加装换向极相同的效果[zJ。与偏移碳刷位置效果相同、精度更高、被现代生产实践应用更广泛的手段是，在转子绕 线的过程中直接产生磁场借偏。虽然国际国内各大电机制造公司及研究机构对电机的转子借偏角的定义不尽相同，但事实上却有同样的理论基础，这里不加赘述。

图3及图4分别表示了转子在借偏前后的电流分布:

借偏有其特定的方向性，即对于已经制造完毕的有借偏的转子，其借偏的作用只对电机在某单方向有效，换言之，若转向相反，则该借偏会恶化换向及EMI。其原理在于借偏角的方向必须与电机的转向一致，才可保证换向过程由借偏产生的电动势与电抗电动势向反。借偏角度亦不可过大。由于借偏相当于减小了转子的有效匝数，过大的借偏角度需要更多的线圈匝数来弥补，过多的用铜(铝)势必增加损耗，降低效率;同时，过大的借偏有时反而不利于电抗电动势的抵消。在工程实际中，必须在火花抑制和电机性能中寻找最佳的平衡点，不可偏废。必须指出，电机同其它工业产品一样，其最终的性能绝不仅仅决定于电磁设计和机械结构设计水平。事实上，制造水平及工艺稳定性是保证好的电机设计的根本。以下举两例说明工艺对EMI的影响： 例1换向器的精车水平。

若生产厂家的换向器精车水平不足，造成成品电机转子换向器表面的圆度及跳动不良，则电机在高速运行中，碳刷与换向器表面不能保持良好的接触，时断时合，在断开的瞬间，电流被试图强制归零，这会造成很大的电抗电势，产生火花进而恶化EMI。

例2永磁体的充磁。

理想状态下，充磁后的两极应具有相同的磁场分布川，且以磁极中心线为界，两侧的磁场应具有单一的磁性。若充磁过程中，由于充磁工装的原因造成磁场分布混乱，如图5所示。

则会严重影响EMI，且不易被发现。以图5为例.两磁极在靠近中性线的位置处均有与该磁极极性相反的一段反波.仔细分析借偏的原理可知，该反波事实上相当于一个与正常换向极作用相反的附加磁极，当其被转子换向线圈切割时，产生的电动势与电抗电动势同向，也就是会恶化换向;当其分布角度超过借偏角度时，会完全抹杀借偏的作用。

抑制换向时产生的电抗电势对于小型直流电机EMI的抑制十分关键。在影响小型直流电机EMI的各项因素中，火花的控制历来是难度较大的工作。具体到工程实践，设计上必须完美平衡电机的换向和性能，工艺上必须保证应有的水平与稳定，才可以做出满足各个强制性认证的合格的工业产品。

马达EMC的解决方法

解决电磁兼容的手段无非是电容、电感、电源滤波器和接地。

电容通过向噪声源的公共端提供一条阻抗很低的通路来将电压尖峰旁路掉。尖峰电压主要是由马达电刷产生的。电容可以接在马达的每根引线与地之间，也可以接在两根引线之间。如果尖峰噪声是共模的，则跨接在引线之间的电容几乎没有什么效果。但是这种由电刷产生的随机噪声通常是差模的。尽管这样，在电刷与地之间接入电容会有很大效果。电容安装什么位置或怎样连接主要取决于所面临的噪声的种类。电压尖峰是由电刷与换向片触点的断开产生的。

电源线滤波器：在许多产品中，电源线滤波器都必要的。电源线滤波器安装正确时，是一种简捷的解决干扰的方法。电源线滤波器保证了电网免受产品内部噪声的污染。但是，与其它滤波器件一样，使用电源线滤波器的关键点也是保证连接到噪声源公共端的导线尽量短。电源线滤波器中有可以滤除差模和共模噪声的电感和电容。这种滤波器是滤除电源线干扰的简单而又经济的方法。电源线滤波器要安装在电源线入口处。在有些产品中，滤波器安装在产品的中部，这会使产品内部产生的辐射干扰耦合到电源输入端，使滤波器完全失效。两线电器上，滤波器的性能不如在三线电器上好。滤波器有两种滤波机理，这就是串联和旁路。

电感器件:减小噪声的另一个方法是在电刷上直接放置一个电感器件。电感的作用是防止当电刷通过换向片间隙时流进电刷电流的突然变化。电感的电感量大约为10～25μH。串联在电路中的扼流圈可以和到地的旁路电容组合起来构成一个低通滤波器，这可以增强单个电感或电容的滤波效果。

接地:接地也是很重要的一个方法。滤波器如果不接好地，就达不到设计的性能。对于旁路电容，如果接地阻抗过大，就起不到良好的旁路作用。地线是消除噪声的路径。如果使用了性能良好的滤波器件，但是没有提供良好接地路径，器件的滤波效果将大打折扣。

马达，特别是带电刷的马达，会产生大量的噪声。电器要满足电磁兼容标准的要求，必须对这些噪声进行处理。解决这些问题的最好时机是在产品的设计阶段，而不是产品开发周期最终阶段。许多试验是可以在产品装入最终机壳之前进行的。设计人员要注意，导线束的状态必须与最终产品中的导线束状态很接近。对地线的处理十分重要。如果没有良好的地线，滤波器和其它电磁兼容器件都不能有效地工作。另外，建议对实际电路做一个简单的分析，包括马达绕组，以便了解个别滤波器件是怎样影响噪声的。这并不需要复杂的计算机辅助分析，只要了解阻抗与滤波器件之间的简单关系就可以了。

第二篇：直流电机报告

《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： 2017.3.13-2017.3.17

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Rb.n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 = 5.6kW，UN=220V，IN=31A，nN=1000r/min，电枢电阻Ra = 0.4Ω，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0.208nN

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2.99Ibk

电枢反接制动电阻：

RbkUNEaRa6.54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24.67CTN 倒拉反接制动电阻：

RbkUNEaRa11.05Ibk

能耗制动稳定运行时的电阻：

RbkCeNnRa2.13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0.8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]王中鲜.MATLAB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

第三篇：直流电机电子教案

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

1.1 直流电机概述

1.1.1 直流电机的结构 1.定子部分 2.转子部分

1.1.2 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

1.1.3 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

1.2 直流电机的电枢电动势和电磁转矩

1.2.1 直流电机的电枢电动势 1.2.2 直流电机的电磁转矩 1.3 直流电机的运行原理

1.3.1 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

1.3.2 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

1.4 他励直流电动机的机械特性

1.4.1 他励直流电动机机械特性的表达式 1.4.2 他励直流电动机的固有机械特性 1.4.3 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 1.4.4 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

1.4.5 电力拖动系统稳定运行的条件 1.5 他励直流电动机的启动

1.5.1 他励直流电动机电枢回路串联电阻启动 1.5.2 他励直流电动机降压启动 1.6 他励直流电动机的制动

1.6.1 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 1.6.2 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

1.6.3 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

1.7 他励直流电动机的调速

1.7.1 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

1.7.2 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。

第四篇：直流电机工作原理

直流电机工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。

导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

第五篇：EMC合同范本

“万江区LED路灯改造工程”

EMC合同

合同编号：KS--

合同当事人

甲方：东莞万江区公用事业服务中（心以下简称甲方）。

住所地址：

开户银行：

开户帐号：

联系方式：

乙方：广东晶湛节能科技有限公司（以下简称乙方）。

住所地址：

开户银行：

开户帐号：

联系方式：

丙方：东莞勤上光电股份有限公司（以下简称丙方）。

住所地址：

开户银行：

开户帐号：

联系方式：

一、总则

甲、乙、丙三方根据《中华人民共和国合同法》、万江区政府采购中心招标文件(招标编号:WJGP20100010)及相关法律法规，以自愿、平等、互利为原则，经三方友好协商，一致同意共同实施万江区LED节能路灯“EMC”模式改造工程，特订立本合同，以便共同遵守。

二、项目描述

2.1 项目名称：万江区LED路灯改造工程。

2.2 项目总金额：万江区LED路灯改造工程项目于2010年4月20日公开招标，中标单位为东莞勤上光电股份有限公司，中标价为1500万元（人民币，下同），年限为五年(详见“附件1”《中标通知书》)。

2.3 项目运作模式：为了积极响应国务院“加快推行合同能源管理（EMC）促进节能服务产业发展意见的通知”及贯彻落实市政府《东莞市实施路灯节电改造实施方案》和《东莞市推进LED产业发展与应用示范工作实施方案》的通知精神,经报请甲方及其主管单位同意,在本项目中引入规范的节能服务公司(由乙方提供实施所需资金,丙方提供LED路灯产品)运营,将本项目打造成东莞乃至广东省首例照明行业EMC模式的示范项目。

2.4 项目内容

2.4.1 2010年8月31日前完成第一期路灯改造(具体路名及安装数量、路灯型号详见“附件3《第一期 》”)并通过甲、乙、丙三方共同验收。

2.4.2 第一期工程竣工验收合格后18个月内完成第二期路灯改造(具体路名及安装数量、路灯型号详见“附件4《第二期 》”)并通过甲、乙、丙三方共同验收。

三、工程期限及验收

3.1 丙方按照《广东省LED路灯标准》要求组织生产，并保证路灯改造工程在 完工。

3.2 工程施工完毕后，由乙方申请，甲方组织乙、丙两方及相关部门验收，验收应当在乙方提出验收申请之日起30日内完成，三方及相关部门共同签署验收报告。

3.3 经乙方书面申请后，甲、丙任一方拖延验收或拒不参与验收的，则自乙方书面申请之日起30日期限届满时，申请验收之项目工程视为验收合格并交付完成。

四、款项支付

4.1 第一期工程在验收交付完成后，节电率≥60%甲方每月支付乙方11.25万元，支付期限为五年。

4.2 第二期工程在验收交付完成后，节电率≥60%甲方每月支付乙方13.75万元(不包括第一期工程款)，支付期限为五年。

4.3 甲方对乙方负责的LED路灯改造各项工作进行每月不定期的检查、监督。凡达不到管理标准的，要扣减当月费用，具体标准如下：

4.3.1 节电率方面：节电率＜50%（按月），甲方不支付乙方当月节约电费；节电率≥50%且＜60%（按月）时，甲方支付当月应付款（本条4.1、4.2款约定金额）的80%；当监测报告数据反映的节电率＜60%时（按月），甲、乙、丙三方及能源监测机构应当对实地监测报告进行复查，经复查认为监测报告的数据有误的，三方及监测机构应当对数据进行调整。经复查无误的，丙方应对该项目进行整改，经整改符合节电率要求的，甲方应当按本合同约定向乙方支付款项。

4.3.2 亮灯率方面：乙方保证亮灯率达98%以上，检查中凡发现合同范围内的路灯因乙方原因，有熄灯、灭灯、坏灯等影响城市路灯景观现象的，除责令限期修复或更换外，如亮灯率≤98%，每发现一处扣一分，每分扣减当月费用2%。

4.3.3 照度方面：检查中乙方负责的路灯照度要求应达到占检查数量98%以上，否则每发现一处扣一分，每分扣减当月费用的2%。

4.3.4 照度均匀度方面：检查中乙方负责的路灯照度均匀度达到要求的应占检查数量98%以上（在路口或间距过大除外），否则每发现一处扣一分，每分扣减当月费用的2%。

4.4 合同执行期间，合同项目的实际电费无论增减，甲方均按本条上述之标准向乙方付款。

4.5 甲方应于每月25日前向乙方支付上月款项，支付方式为转帐。

4.6 按照甲方答题会上的解释,本项目实际改造路灯数量与招标文件中的统计数量误差大于或等于5‰时,甲方支付给乙方的节电返还款应按同等比例做相应增减。

4.7 本项目涉及到的灯具产品（含灯具配件、灯臂等），其税费由产品提供方承担；丙方承担的灯具安装费和项目其他费用，其税费由丙方或者经甲方同意的实施单位承担。

4.8 丙方开具产品销售发票给乙方；乙方向甲方收款时，开具节能服务发票给甲方。

4.9 乙方与丙方工程、材料等款项结算另行订立合同确定。

五、各方权利与义务

5.1 共同责任

5.1.1 三方各尽其责保证“万江区LED路灯改造工程”项目的正常运行。

5.1.2 节电量、节约维护费“基准线”的确定：本协议确定的节电基准线是60%；亦即是改造后的平均节电率必须大于或等于60%。

5.1.3 道路照明指标必须满足国标CJJ 45-2006 《城市道路照明设计标准》的要求。5.2 甲方的权利与义务，除本合同规定的其他责任外，甲方还应：

5.2.1 按实际需要决定安装的路段，并对乙方提交的设计、施工方案，在七天之内予以书面核准。

5.2.2 负责办理合同项目的立项、审批、报建等（包括但不限于）手续，并为项目的实施和管理提供必要的帮助。

5.2.3 认可由乙方委托的正规能源监测机构进行的实地检测报告作为本项目节约效益的考核依据，检测费用由乙方承担。

5.2.4 配合完成节约效益检测、数据采集、效益评估工作，提供试用报告，及时确认安装完成运行正常的验收文件。

5.2.5 若本项目安装的灯具出现批量故障，或产品有质量问题，应立即书面通知丙方。

5.2.6 在合同有效期内，有权对节能效益进行抽测，当出现较大偏差（节能率低于基准线的5%）时召集三方会议协商，签订变更或补充协。

5.2.7 有义务在合同有效期内，按时足额支付合同款项。

5.2.8 向乙方提供有关确定实施本项目的政府办公会议纪要或相关文件。

5.2.9 合同签定后15天内向乙方出具街道办事处财政部门就本项目支付款项已纳入当地财政预算的证明文件。

5.3 乙方的权利与义务，除本合同规定的其他责任外，乙方还应：

5.3.1 按时提供设计方案中规定的合格并达标的灯具产品；进行项目工程施工并参加三方验收，验收合格后，将项目移交甲方运行。

5.3.2 确保产品满足设计和安装要求；保证产品质量达到合同对产品技术指标的规定；保证产品在使用过程中实现所承诺的节电率；并为本保证承担责任。

5.3.3 根据国家有关施工管理条例和技术操作规程，完成灯具及其配电系统的调试。

5.3.4 应委托丙方对甲方灯具维护人员进行培训，使他们能够正确操作和维护灯具，履行质量承诺，负责产品的售后服务工作。

5.3.5 配合节能效益的检测、监测、评估工作。

5.3.6 定期派人检查项目的运行情况，并将情况书面通告甲丙两方，一个季度至少一次。

5.4 丙方的权利与义务，除本合同规定的其他责任外，丙方还应：

5.4.1 由乙方委托并在甲方的指导下负责整个项目的实施运作，积极负责地解决相关项目出现的问题，协调各方达成一致。

5.4.2 实施并完成项目的方案设计和工程施工。

5.4.3 按设计要求完成产品供应。

5.4.4 选择有资质的安装施工单位，按合同进度要求完成灯具安

5.4.5 在甲方指导下配合乙方组织验收。

5.4.6 对于该项目所提供的产品质量给予五年免费保修。

六、违约责任与违约补救

6.1 下列情况属于违约：

6.1.1 在本协议规定的期限内，甲方不能按合同约定支付款项。

6.1.2 丙方不能按协议规定完成安装工程。

6.1.3 丙方产品同时出现批量质量问题（一次性故障比例＞5%）。

6.1.4 本项目使用乙方LED灯具对各路段照明改造后，平均节电率 ＜50%。

6.2 一方违约，守约方有权要求违约方支付违约金，或者要求10日内完成补救工作，并有权要求违约方赔偿为此发生的费用（包括但不限于材料费、人工费、律师费等）。

6.3 若违约在30日内得以纠正，且守约方的损失得以补偿，则不属于违约。

6.4 乙方安装的路灯及其配件，甲方不得随意拆除，若因拆除或损坏，需承担因实施补救措施所产生的费用。

6.5 甲方违约，除按本合同约定承担违约责任外，还须赔偿乙、丙方因该项目所导致的损失（包括但不限于材料费、人工费、律师费等）；甲方如逾期支付合同款项的，按逾期付款金额每日千分之一的标准向乙方支付违约金。

七、售后服务

7.1 乙方应完全履行本协议所规定的义务和职责，保质保量按时完成项目实施过程中的工作；对甲方提出的合理要求给予认真处理。

7.2 售后服务标准详见“附件2”《售后服务条款》。

八、所有权

8.1 合同规定的款项支付完之前，合同项下安装的灯具及其配件所有权归乙方。

8.2 合同规定的款项支付完之后，合同项下安装的灯具及其配件的所有权归甲方。

8.3 本合同生效六个月后，甲方可以提前购买灯具及其配件的所有权，购买价格按丙方应得部分计算（扣除必要的利息）。

九、合同的变更、解除和终止

9.1 合同方因某种原因需要变更、解除或终止本合同，应当在合同有效期内提前60天书面通知其他各方，进行协商。

9.2 甲方提前终止本合同，需要向乙方支付一笔“终止价值”的款项，以补偿乙方因此而受到的损失。

9.3 “终止价值”的计算方式： 终止价值=（协议规定应付给乙方的全部款项—终止前已经付给乙方的款项）*100%

9.4 合同履行完毕或各方协商一致时，本合同终止。

十、侵权与赔偿

10.1 丙方因为产品、技术等出现知识产权侵权行为，由丙方承担侵权责任，并承担甲、乙方因此造成的损失。

10.2 合同一方或者其聘用人员，由于故意或过失，给他方造成损失,应给于赔偿，这种损失包括（但不限于）人身损害和财产损失。

10.3 工程项目在使用过程中，由于非乙方因素造成丢失或损坏，乙方不承担责任，但有根据甲方的要求有偿提供相应灯具或配件的义务。

十一、保密

11.1 丙方仅限于销售产品，附着于产品内外的专利技术、产品商标、标记、企业字号等专属丙方的知识产权仅为特定产品交易使用，不视为容许甲、乙方用作其它商业目的。否则，甲、乙方应对由此而给丙方造成的损失负赔偿责任。

11.2 在合同有效期间及合同终止后两年内，甲、乙、丙三方有义务就得到的商业信息保密。保密范围包括（但不限于）产品价格、销售计划、客户清单、财务信息、技术秘密等，未经对方书面许可，任何一方不得向他方泄密。否则，将依法追究泄密方法律责任。

十二、不可抗力

出现不可抗力时，各方根据其对履行合同的影响程度协商确定是否采取：延期、终止、全部免除或部分免除履约责任等；遇有不可抗力的合同方，在知道事件发生时24小时内通知其余各方，同时有义务尽量减少和阻止因此所造成的损失，如未尽此义务而导致损失扩大，应承担赔偿责任。

十三、争议解决

若在履行本合同过程中发生争议，争议各方先要协商解决；协商不成时，可通过诉讼解决，由乙方所在地人民法院管辖。

十四、相关名词

14.1 EMC——合同能源管理简称“EMC”，是英文Energy Management Contracting的缩写。在合同能源管理（EMC）机制下的商业运作模式合同形式是“节能管理服务合同”简称“EPC”合同。在该合同项目下 节能服务公司（EMCo）、客户（节能项目用户）、节能设备制造商和银行等都能从中分享到相应的收益，从而形成多赢的局面。

14.2 基准线——是依据测评数据(一般来自第三方，也可由合同方自测)，由合同方共同认可的EMC机制下对能效目标的基本要求。合理确定基准线是均衡合同方利益的基础。

14.3 节能服务公司——在国外简称ESCo，是英文Energy Service Company的缩写，国内简称EMCo，是英文Energy Management Company的缩写，是一种基于EMC机制运作的、以赢利为直接目的的专业化公司。节电返还方式支付——是一种合同结算新模式，以节省电能为基础，按一定周期和约定数额（或比例）给付合同款项，具有相对性、可变性，节能服务公司承诺节能项目的节能效益但并不以实际电费金额增减为条件。

14.4 节电率——经对节电项目前后相关数据测评，运用比例计算法则（通常采用百分比法）得出的节电效益值。

14.5 不可抗力——指因战争、**、空中飞行物体坠落或其他非合同方责任造成的爆炸、火灾、以及合同条款约定等级的风、雨、雪、震等对工程造成损害的自然灾害。

十五、其他约定

15.1 本合同条款未尽之事宜，合同方可根据具体情况结合有关规定议定附则条款，作为本合同附件，与本合同具有同等效力，但不得与本合同抵触。

15.2 本合同订立之前双方签订的协议等文书，在签订本合同后，可作为本合同之附件，与本合同抵触之处，以本合同为准。15.3 本合同三方签字盖章时生效，共一式六份，甲、乙、丙三方各持二份，具有同等法律效力。

15.4 合同签订地点：

甲方：（盖章）东莞万江区公用事业服务中心

授权代表签字：

日期：

****年**月**日

乙方：（盖章）广东晶湛节能科技有限公司

授权代表签字：

日期：

****年**月**日

丙方：（盖章）东莞勤上光电股份有限公司

授权代表签字：

日期：

****年**月**日