电机设计第4部分

微特电机课程设计课程设计：微特电机控制系统设计与应用一、引言微特电机是一种用于驱动机械设备的重要元件，广泛应用于工业自动化领域。

本课程设计旨在通过理论学习和实践操作，使学生掌握微特电机的基本原理、控制方法以及在实际应用中的设计与调试技巧。

通过本课程的学习，学生将能够独立设计并实现简单的微特电机控制系统。

二、课程设计目标1.理解微特电机的基本原理，包括结构、工作原理、特性等；2.掌握微特电机的几种常用控制方法，如开环控制、闭环控制等；3.能够运用所学知识，设计并实现简单的微特电机控制系统；4.培养学生的分析和解决问题的能力，提高实践操作技能。

三、课程设计内容1.微特电机的基本原理和结构a.微特电机的结构组成和工作原理；b.微特电机的特性及参数；c.微特电机的分类和应用领域。

2.微特电机的控制方法a.开环控制方法：根据系统要求，通过调节输入信号控制微特电机的运行；b.闭环控制方法：通过传感器获取电机转速或位置反馈信号，并与期望值进行比较，确定控制电机的输出信号。

3.微特电机控制系统的设计与实现a.电路设计：根据控制要求，设计合适的电路结构，包括功率放大器、控制信号发生器等。

b.控制算法设计：根据要求，设计合适的控制算法，实现对微特电机的控制。

c.硬件选型与搭建：根据设计需求，选择合适的微特电机和相关设备，并进行硬件搭建。

d.软件程序设计：根据控制要求，编写合适的软件程序，实现对微特电机的控制。

4.微特电机控制系统的调试与应用a.系统调试：根据实际情况，对微特电机控制系统进行调试和优化。

b.实例应用：设计并实现一个简单的微特电机控制系统，如电动小车运动控制系统。

四、课程设计活动安排1.第一阶段（1-5周）a.学习微特电机的基本原理和结构；b.实验测量和分析微特电机的特性和参数。

2.第二阶段（6-10周）a.学习微特电机的控制方法；b.进行开环控制和闭环控制的实验。

3.第三阶段（11-15周）a.进行微特电机控制系统的设计和搭建；b.进行控制算法编写和系统调试。

电机设计第一章1.电机设计的任务是什么？答：电机设计的任务是根据用户提出的产品规格（功率、电压、转速）与技术要求（效率、参数、温升、机械可靠性），结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况，运用有关的理论和计算方法，正确处理设计时遇到的各种矛盾，从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产品。

2.电机设计过程分为哪几个阶段？答：电机设计的过程可分为：①准备阶段：通常包括两方面内容：首先是熟悉国家标准，收集相近电机的产品样本和技术资料，并听取生产和使用单位的意见与要求；然后在国家标准有关规定及分析相应资料的基础上，编制技术任务书或技术建议书。

②电磁设计：本阶段的任务是根据技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算电磁性能。

③结构设计：结构设计的任务是确定电机的机械结构，零部件尺寸，加工要求与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算、通风计算和温升计算。

3.电机设计通常给定的数据有哪些？答：电机设计时通常会给定下列数据：(1)额定功率(2)额定电压(3)相数及相同连接方式(4)额定频率(5)额定转速或同步转速(6)额定功率因数感应电动机通常给定(1)～(5)；同步电机通常给定(1)～(6)； 直流电机通常给定(1)(2)(5)第二章1.电机常数C A 和利用系数K A 的物理意义是什么？答：C A ：大体反映了产生单位计算转矩所消耗的有效材料（铜铝或电工钢）的体积，并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。

K A ：表示单位体积的有效材料所能产生的计算转矩，它的大小反映了电机有效材料的利用程度。

2.什么是主要尺寸关系式？根据它可以得出什么结论？ 答：主要尺寸关系式为：δαAB K K n dp Nm ef 'p '2 6.1p l D =，根据这个关系式得到的重要结论有:①电机的主要尺寸由其计算功率P ˊ和转速n之比n p '或计算转矩T ˊ所决定；②电磁负荷A 和B δ不变时，相同功率的电机，转速较高的，尺寸较小；尺寸相同的电机，转速较高的，则功率较大。

电机型号含义系列+机座号+极数如:Y132S1-2第一部分汉语拼音字母Y表示异步电动机；第二部分数字表示机座中心高（机座不带底脚时，与机座带底脚时相同）；第三部分英文字母为机座长度代号（S-短机座、M-中机座、L-长机座），字母后的数字为铁心长度代号；使用条件环境温度：不超过40℃。

海拔：不超过1000米。

相对湿度：不超过95℅额定电压：380伏。

额定频率：50赫兹。

接法：3千瓦及以下为Y接，4千瓦及以上为Δ接。

工作方式：连续（S1）。

三相异步电动机型号字母含义：J——异步电动机；O——封闭；L——铝线缠组；W——户外；Z——冶金起重；Q——高起动转轮；D——多速；B——防爆；R一绕线式；S——双鼠笼；K一—高速；H——高转差率。

JQO 2-52-4表示为封闭式高起动转矩异少电动机、5号机座、2号铁芯长度、4极。

电动机型号由产品代号，规格代号，特殊环境代号，补充代号等4部分组成。

并按下列顺序排列：[1]-[2]-[3]-[4]1-产品代号2-规格代号3-特殊环境代号4-补充代号产品代号包括类型代号，电动机特点代号，设计序号和励磁代号组成。

类型代号名称代号名称代号“交流”“异” Y{J} “安”全A 封闭型O “阀”门F “绕”线型R “管”道G 隔“爆”型 B 水“泵” B “多”速 D 采“煤”机用C{M}高“起”动转矩Q 装“岩”机用I “高”速K 回“柱”绞车Z 双鼠笼运输机S “通”风机T 高“滑”差H特点代号为表征电机的性能，结构或用途而采用汉语拼音字母。

如B{隔爆型}，YB隔爆型异步电动机。

设计序号表示产品设计顺序，对第一次设计产品，不标设计序号。

电动机的规格代号包括机座号或中心高尺寸，功率，转速或极数，电压等级等。

其中机座长度采用国际通用字母表示，S-短机座，M-中机座，L 长机座。

特殊环境代号“高”原用G“船”{海}用H户“外”用W化工防“腐”用F“热”带用T“湿热”带用TH“干热”带用TA注：如同时适用于1个以上的特殊环境时，则按顺序排列。

电机与拖动基础课程设计课程概述该课程是针对电机及拖动基础的学生所设计的。

本课程将介绍电机的基本原理、类型及其工作原理，并介绍与电机相关的拖动技术及相关软件和工具。

本课程的目的是培养学生对电机的理解及掌握拖动技术，以应用到实际生产中。

课程教学目标1.掌握电机的基本原理及种类。

2.了解电机的工作原理及其在实际应用中的作用。

3.掌握各种拖动技术及其应用。

4.了解相关软件和工具。

课程内容第一章：电机基础1.1 电机介绍1.2 电机的基本原理1.3 电机的种类1.4 电机的工作原理第二章：电机的应用2.1 电机在实际应用中的作用2.2 电机控制系统2.3 电机相关的软件和工具第三章：拖动技术3.1 拖动系统的基本原理3.2 拖动技术的种类3.3 软件和工具的应用第四章：课程设计4.1 实验要求及目的4.2 实验内容及步骤4.3 实验结果分析课程教学方法该课程采取理论教学与实验相结合的方式。

理论教学主要通过教师讲解、课件演示、教材阅读等方式进行；实验教学主要通过实际操作、实验报告等方式进行。

教师将在课程结束前定期进行课程复习与知识点测试。

实验器材和材料1.电机控制器2.电机及驱动器3.拖动器材评分标准1.实验报告 40%2.期末考试 40%3.平时表现 20%总结该课程旨在使学生掌握电机及拖动技术的基本概念，以应用于实际的生产过程中。

在本课程中，我们将介绍电机的基本原理、种类及其应用。

拖动技术将在第三章中进行介绍，并在第四章中设置实验来进行实践操作。

我们期望学生在本课程中获得丰富的知识，掌握实践技巧，为未来的学习和工作奠定坚实的基础。

第四章 定子尺寸与电机结构设计本章主要讨论定子的结构及其材料和压电陶瓷选取，从而根据公式确定定子的尺寸结构，由于在同一种材料中纵向振动的声速与弯曲振动的声速不同，且弯曲振动的声速还与频率有关。

为了保证两种振动模式在高频信号激励下能同时处于共振状态在设计的过程中也尽量的考虑纵振与弯振的频率兼并问题；在定子尺寸确定之后设计了几种不同结构的电机。

4.1电机定子部分设计4.1.1.纵弯复合模式换能器的设计原理[56]一维结构的纵弯换能器中有两组陶瓷片,一组产生纵振动, 一组产生弯曲振动. 本文研究的换能器结构如图1所示. 1, 3部分为陶瓷片(箭头表示极化方向) ; 2, 4 部分为前后盖板, 换能器关于中心面对称. 产生纵振动和产生弯曲振动的陶瓷片在电端上并联, 以便获得较高的激励电压。

弯曲振动方程，细棒弯曲振动的波动方程为：(4-1) 式中, y 为振动位移; r 为回转半径; E 为杨氏模量; ρ为振子材料密度。

(1) 式的通解为:()cos sin cos(),y Achmx Bshmx C mx D mx t ωϕ=++++ （4-2） 式中2,m f ωπ==为激励电压频率; 0c =把波动方程的通解应用于压电陶瓷片, 由于换能器关于中心对称, 可考虑用偶对称振动模式, 即振动位移关于中心对称的振动模式, 不用奇对称振动模式. 奇振动模式的中心为节面, 难以激发横向振动. 在偶对称振动模式中, 只有含chmx 和cosmx 的项存在, 所以, 压电陶瓷片的振动位移y 1为(略去时间因子)（4-3）224240y Er y t x ρ∂∂+⋅=∂∂1111111cos y Achm x c m x =+式中m =1c =因为压电陶瓷存在压电效应,可用331/E s 代替杨氏模量, 弯曲振动的应变S 3 为（4-4） 式中z 为陶瓷片上任意一点到中性面的距离，y 为横向位移。

纵向力相对于中性面产生的弯矩为(4-5) 3T 由压电方程： ， (4-6)给出, 从而有 (4-7)把(4-7) 式代入(4-5) 式, 得 ： (4-8)把(4-4) 式代入上式, 计算等号右边第一项得(4-9)式中A 为陶瓷片的横截面积.，陶瓷片为薄片, 故有 (4-10)利用(4-10) 式, 可得： (4-11) 把上式与(4-1) 式比较, 即得 ：（4-12) 将波动方程通解(4-2) 式应用于换能器前盖板, 可得盖板振动位移y 2为(4-13) 式中2m =2c =. 换能器在陶瓷片和前盖板连接处的边界条件为弯曲位移连续:即有 (4-14)232y S z x∂=-∂3x M zT dS =⎰3333333E S s T d E =+3333333D d T dE =+()33333331E T S d E s =-333333331x E E d T M S zds zds s s =-⎰⎰2233323333x E E d T Ar y M zds s x s ∂=--∂⎰0x E x∂=∂42334220E s y y x r t ρ∂∂+⋅=∂∂1c =2222222222222cos sin y A chm x B shm x C m x D m x =+++110212x x l y y ===弯角连续: (4-15)弯矩连续: (4-16)剪力连续: (4-17)前盖板输出端弯矩为零: (4-18) 前盖板输出端剪力为零: (4-19) 式中r 为截面回转半径, S 1和S 2 分别为陶瓷片和前盖板横截面积, 把(4-3)、(4-13) 式相应代入(4-14)～ (4-19) 式, 可得6 个方程, 写成矩阵形式有(4-20) 其中（4-21)式中2;;i i I i i i i i p E I m T E I m == i T 为截面的二次矩, ;1,2i i i u m l i ==由(4-2) 式可得弯曲振动的频率方程为 ：(4-22) 图4-1 中3, 4 部分弯曲振动的频率方程同右半部分一样. 因为换能器关于中心对称, 有 ，设计时按右半部分计算, 左半部分尺寸与右半部分相同.激发图4-1中第3 部分, 可在换能器中产生纵振动. 换能器左半部分纵振动频率方程为（4-23） 01121212x l x y y x x ==∂∂=∂∂112222212112222120;x l x y y E r s E r s x x ==∂∂=∂∂011233221211223312x l x y y E r s E r s x x ==∂∂=∂∂2222222220.x l y E r s x =∂=∂2232222330.x l y E r s x =∂=∂[][]2222220T a A B C D AC =[]11221111221111221111222222221010cos 00sin 00cos 00sin cos sin 00sin cos 00chu u m m m shu m u p p p chu p u a T T T shu T u chu shu u u shu chu u u --⎛⎫ ⎪- ⎪ ⎪--= ⎪--- ⎪ ⎪-- ⎪ ⎪-⎝⎭334434/tgk l tgk l z z =0a =1324,l l l l ==式中 如前所述, 换能器左右对称, 因此, 各参数对应相等, 即有 余类推. 右半部分纵振动频率方程类似(4-23) 式, 只要把3 换成1, 4 换成2 即可.根据换能器频率方程, 可求出换能器各部分尺寸l 1,l 2,l 3,l 4,利用(4-22) 和(4-23) 式, 即可设计换能器在单一模式下的谐振尺寸, 但对于复合振动模式, 必须使纵振动和弯曲振动同时工作在谐振状态. 因此要调整换能器尺寸, 使两种振动模式在同一频率下都达到谐振. 由于纵振动频率高, 弯曲振动频率较低, 可使纵振动工作在基频模式, 弯曲振动工作在泛频模式.(4-22) 和(4-23) 式是超越方程, 很难求得解析解, 必须借助计算机用数值法求解. 我们设计了一个纵弯复合振动换能器, 其纵振动为基频模式, 弯曲振动为第二偶振动模式为实现电机的运动机理和提高电机的输出性能,电机的设计应满足以下几个方面的要求:a.选择合适阶次的纵、弯振模态;b.纵振、弯振频率要保持良好的一致性;c.定子的头部应具有尽可能大的振幅;d.压电元件应安放在应变最大的位置上;e.安装支座应尽量靠近节面,定、转子间要施加合适的预压力,避免模态干扰等等。

电机直流课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电机直流的基本工作原理，包括电磁感应定律在直流电机中的应用。

2. 使学生了解并掌握直流电机的类型、结构、性能及用途。

3. 引导学生理解并掌握电机转速与电枢电压、电流的关系，以及励磁对电机性能的影响。

技能目标：1. 培养学生能够正确使用万用表、示波器等工具进行电机参数测试的能力。

2. 培养学生具备分析、解决直流电机常见故障的能力。

3. 让学生学会设计简单的直流电机控制系统，并能进行基本的调试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电机工程技术的兴趣和热情，激发他们探索科学的精神。

2. 培养学生的团队协作意识，使他们能够在学习过程中积极与他人交流、合作。

3. 引导学生认识到电机技术在生产、生活中的重要作用，增强他们的社会责任感。

课程性质：本课程为电机原理与应用的实践课程，注重理论知识与实际操作的结合。

学生特点：学生处于高中年级，已具备一定的物理基础和动手能力，对新技术具有强烈的好奇心。

教学要求：教师应采用启发式教学，引导学生通过实验、讨论等方式主动探究电机直流的知识，提高他们的实践操作能力和问题解决能力。

同时，注重培养学生的团队合作意识和科学素养，为后续学习打下坚实基础。

通过分解课程目标为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 直流电机的基本原理：包括洛伦兹力定律、电磁感应定律在直流电机中的应用，电机转速与电枢电压、电流的关系，以及励磁对电机性能的影响。

2. 直流电机的类型与结构：介绍常见的直流电机类型，如永磁直流电机、励磁直流电机；讲解电机的结构，包括电枢、励磁绕组、换向器等组成部分。

3. 直流电机的性能与用途：分析不同类型直流电机的性能特点，如功率、转速、效率等，探讨其在实际应用中的选择和适用场合。

4. 直流电机控制系统设计：学习电机控制的基本原理，设计简单的直流电机控制系统，包括调速、转向等功能。

5. 直流电机参数测试与故障分析：教授如何使用万用表、示波器等工具进行电机参数测试，分析常见故障原因，并提出相应的解决方法。