直流机组发电机的设计开题报告--大学毕业论文.doc

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名： 学 号： 0101120112
专 业： 电气工程及其自动化
设计(论文)题目： 直流机组发电机的设计

指导教师：
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开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料。
4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计论文》等资料装入文件袋中。

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

引 言
电能是现代最常用也是最重要的一种能源。他用在生产，管理，传输，分配，使用控制以及能量转换方面都比较方便。电机是与电能密切相关的能量转换机械，它是工业，农业，交通运输事业中的重要动力设备。为了适应实现现代化的新形式，工业.农业.国防都将提出新的要求，不但要求电机能适应各种不同的工作条件，而且在品种.质量和性能等方面满足特定的要求。因之，电机工业与国民经济各部门之间的关系是十分密切的，是国民经济部门中不可缺少的一个重要环节
世界电机的发展历史：
世界上第一台发电机由法国皮克西（H.Pixii）制成，并于1832年在巴黎展出。此后人们依据电磁学原理制成了不同形式的电磁发电机。
比如：1834年俄国科学家雅科比（1801～1874）研制出一种回转直流电动机，英国仪器制造商克拉克制成第一台商用直流发电机，美国铁匠达文波特（Davenport，1802～1851）也在同一年制造出以电池组为电源的直流电动机。但这类直流发电机基本上都是用磁性较强的电磁铁来产生磁场，故电功率不高。
直到1867年，德国人西门子（E.W,Von Siemens，1816～1892）依据自激原理研制成功世界上第一台自激式发电机，才开创了发电机广泛使用的新纪元。
1870年，比利时人格拉姆（Z.T,Gramme，1826～1901）以西门子电机为模型，研制出具有环形电枢的直流发电机。
1872年德国的阿尔特涅克（F.Von H.Altneck，1845～1904）发明鼓形电枢，进一步完善直流发电机的性能。
发电机的大规模应用是在19世80年代，当时远距离送电方法的发展，大功率电站的产生，使电能得以远距离传输，宣告了人类社会步入电气时代。
在绝缘材料方面，虽然大型发电机的定子的主绝缘材料仍彩用云母，但粘合剂和浸渍剂已从过去的天然树脂（如沥清）改为合成树脂（如环氧树脂等），它为提高发电机的电压创造了条件。
在导磁材料方面，由于硅钢片技术的进步，铁损大大降低，由0.6瓦/千克以下降到0.4瓦/千克以下。
随着硅整流元件和可控硅元件的迅速发展，传统的同轴直流励磁逐渐为半导体励磁所代替，并成为发展方向。
这一系列技术进步，导致发电机的单机容量越来越大，单位容量的造价下降，效率提高。美国的电机制造工业一直处于世界领先地位。
1955年又投入20万kW机组，1959年单机容量增大到45万kW。到20世纪80年代初，世界上最大的双轴汽轮发电机组是瑞士鲍威利公司（BBC）为美国制造的130万kW机组，装在坎伯兰电厂，1973年投入运行。该发电机组量为2*72.2万千伏安，定子水内冷，转子氢内冷。世界最大的单轴120万kW汽轮发电机组1981年在前苏联制成并投入运行。
中国电机的发展和取得的成果：
解放以来，我国直流电机制造工业有了很大的发展。对于小型电机，在五十年代就有了全国统一的系列，并且在不断的改进。直流发电机主要作为工业部门所需要的直流电源，曾得到长期和普遍的使用。今年来，随着电子工业的发展，用可控硅整流电源来代替直流发电机已日益广泛。但是在无交流输电网络供电而需要直流电源以及如真空冶炼等特殊需要直流供电的场合，直流发电机仍然是必需的。
现代社会,日新月异,各大厂家为了能在中国乃至世界市场占有一席之地，各种电机品种穷出不层，为中国的电机事业带来了勃勃生机。
近年来，中国的电机工业的到了迅猛发展，成立了一上海电机厂，湘潭电机厂和东风电机厂为首的一系列生产不同电机的制造厂。经济的发展造就了电机行业的兴起，电机行业的迅速驱起推动了经济的快速发展。在直流电机的制造方面也取得了巨大的成果。
对于小型电机，在五十年代就有了全国统一的系列，并且不断在改进。如国内大量生产的Z2系列，功率范围为0。4~200千瓦，它是在原来的Z系列基础上采用E，B级绝缘材料改型而成的，比Z系列节约了铜铁原材料，缩小了体积。又在Z2系列的基础上改进成Z3系列，采用B级新绝缘结构，进一步缩小了体积，降低了转动惯量，改善了调速和换向性能。对于中型电机，已有ZD2，ZF3系列代替了原来的ZD，ZF系列，提高了技术经济指标。对于大型电机，生产了4600千瓦，70/120转/分，额定转距为64吨·米的可逆转扎钢直流电动机，5000千瓦。500转/分的直流发电机。
改革开放后，我国对与稀土永磁电机的研究有了很大的突破，我国地域广阔，稀土资源非常丰富，给稀土永磁电机的开发的原材料基础。稀土永磁电机是一种用稀土磁钢来激磁的电机，它不仅具有一般永磁电机结构简单、运行可靠、发热小、效率高等优点，还由于稀土永磁具有极大的磁能积，故更具有体积小、重量轻、效率高、特性好等一系列优点。稀土材料以其优良的磁性能，在国民经济各领域中发挥着越来越重要的作用。它已成为新一代航空、航天、航海用各种电机的主要发展方向，同时也因其高效节能而成为工业用（特别是用电大户如纺织、煤矿、石油、机床、汽车等行业）电机发展的必然趋势。
直流发电机的工作原理
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，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。
电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势)。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。
从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。

结束语
建国以来,我国电机工业迅猛发展,取得了可喜的成绩.但是,由于我国工业基础比较薄弱,电机产品品种还不能完全满足国民经济的需要;在产品品质方面,除少数达到世界先进水平外,多数与国外先进水平相比还存在一定的差距;在产量.单机容量.新材料供应和劳动生产率等方面,和国外先进水平的差距也比较大.改变这一落后面貌,需要我们付出艰苦努力.

参考文献
1. 上海工业大学 上海直流电机厂 编:《直流电机设计》,1974
2. 冯 欣 南 编:《电机学》,机械工业出版社，1957
3. 辽宁科技技术出版社:《实用中小型电机手册》,辽宁科学技术出版社，1984
4. 西安交通大学 陈世坤编:《电机设计》，机械工业出版社，1982
5. 哈尔滨理工大学 汤蕴廖 史 乃 编:《电机学》，高等教育出版社，1982
6. 中国工业出版社:《微电机》，机械工业出版社，1974
7. E.维德曼 W.克伦贝格尔 著刘彦清等译:《电机结构》，机械工业出版社，1976
8. 曹承志主编:《电机拖动与控制》，机械工业出版社，1983
9. 湖南大学方日杰主编:《电机制造工艺学》，科学出版社，1982
10. B．J．Chalmers: 《Eleotromagnetic problems of A.C.Machines》,1965

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
２．开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施
开 题 报 告

直流机组发电机的设计

课题的目的与意义;

电能是现代社会最主要的能源之一.发电机是将其他形式的能源转换成为电能的机械设备,它有水轮机.汽油机.柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流.燃料燃烧或原子裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能.发电机在工农生产,国防,科技及日常生活有广泛的用途.直流机组中发电机是把电动机作为动力机械驱动.再通过电动机转换为电能. 其特点有：输出电压易于调节或控制；能够满足不同控制系统所要求的电源特性；具有较大的过载能力。
一直以来，电机在中国就是被重视研究的重要项目，直流发电机作为工业部门所需要的直流电源，曾得到广泛的使用。近年来，随着电子工业的发展，用可控硅整流电源代替直流发电机已日益广泛。但在无交流输电网络供电而需要直流电源以及如真空冶炼等特殊需要直流供电的场合，直流发电机依然是必需的。同时我们通过对直流发电机的设计可以了解到其他电机的结构和工作原理，这为以后的电机研究打下了坚实的基础。

课题的发展现状和前景展望;
直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电源。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，交流电整流还不能和直流发电机相比。直流发电机还具有体积小、性能好、重量轻、效率高及可靠性高等特点。
由于直流电机的生产不断发展，对直流电机的要求日益提高，在直流电机设计方面因该积极开展的工作是多方面的.通常结合新技术。新工艺，新材料的发展，不断改进电机的结构；提高产品的系列化，部件的通用化和零件的标准化程度；扩大电子计算机在设计上的应用；进一步对直流电机的电磁场，换向，通分散热和振动澡声等问题的研究。
建国以来,我国电机工业迅猛发展,取得了可喜的成绩.但是,由于我国工业基础比较薄弱,电机产品品种还不能完全满足国民经济的需要;在产品品质方面,除少数达到世界先进水平外,多数与国外先进水平相比还存在一定的差距;在产量.单机容量.新材料供应和劳动生产率等方面,和国外先进水平的差距也比较大.改变这一落后面貌,需要我们付出艰苦努力.
解放后，我国电机制造工业得到了很快的发展。在十年内，已能制造50000KW轮发
电机，72500KW的水轮发电机。整个电机制造工业的技术水平有了显著提高。改革开
以后，随着国民经济的快速发展，电机工业已进入世界先进国家行列。在直流电机方面，
已嫩生产可控整流电源。
中国电机制造工业与发展了有200年的国外水平还存在很大的差距，正是存在的差距，使中国电机拥有了无限大的发展空间。具有广泛的发展前景。
直流发电机的结构;
定子部分的主要部件;
主磁极 主磁极的作用是建立主磁场。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场。主磁极由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。为了减少转子转动时由于齿槽移动引起的铁耗，主磁极铁心采用1～1.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N，S 极交替出现。
机座 机座有两个作用，一是作为主磁极的一部分，二是作为电机的结构框 机座中作为磁通通路叠部分称为磁轭。机座一般用厚钢板弯成筒形以后焊成，或者用铸钢件（小型机座用铸铁件）制成。机座的两端装有端盖。
端盖 端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定转子连为一体。同时端盖对电机内部还起防护作用。
电刷装置 电刷装置是电枢电路的引出（或引入）装置，它由电刷，刷握，刷杆和连线等部分组成，右图所示，电刷是石墨或金属石墨组成的导电块，放在刷握内用弹簧以一定的压力按放在换向器的表面，旋转时与换向器表面形成滑动接触。刷握用螺钉夹紧在刷杆上。每一刷杆上的一排电刷组成一个电刷组，同极性的各刷杆用连线连在一起，再引到出线盒。刷杆装在可移动的刷杆座上，以便调整电刷的位置。
转子部分的主要部件
电枢铁心 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组支撑部分；电枢绕组就嵌放在电枢铁心的槽内。为减少电枢铁心内的涡流损耗，铁心一般用厚0.5mm且冲有齿、槽的型号为DR530或DR510的硅钢片叠压夹紧而成，如左图所示。小型电机的电枢铁心冲片直接压装在轴上，大型电机的电枢铁心冲片先压装在转子支架上，然后再将支架固定在轴上。为改善通风，冲片可沿轴向分成几段，以构成径向通风道。
电枢绕组 电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。大型电机电枢绕组的端部通常紧扎在绕组支架上。
换向器 前面已经指出，在直流发电机中，换向器起整流作用，在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成。每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。小型电机常用塑料换向器，这种换向器用换向片排成圆筒，再用塑料通过热压制成。

课题主要内容和要求
直流发电机作为电源，发出的电压作为负载的额定电压，电流为额定电流。确定直流发电机的形式.功率；进行电磁计算,核对性能指标使其符合有关标准;画出电机结构图.绕组展开图和电枢冲片图.
设计的方法，步骤和措施
设计的方法；
1． 通过已经给定的额定电压和额定电流，计算出额定功率，通过比较，从参考文献中找出比较接近的电机型号；

2． 通过对额定数据的公式计算，从国家标准中选取比较合理的尺寸；

3． 选取合理的尺寸后，利用计算程序求出发电机内部和外形的各种尺寸；

4． 本课题通过对给定电流和电压的计算得出额定功率，发电机作为一个电源，使负载电路能够正常稳定工作，必须使发电机的输出电压稳定，可以通过减少发电机的内阻来达到这个要求，发电机的内阻主要是电枢电阻，在设计电枢的时候要采用合理的设计措施来减少电枢电阻。
设计的设计的步骤;
1． 参考过去的产品设计及制造的经验，预订电磁设计和结构设计的方案，包括定主要尺寸，选定电磁负荷，决定绝缘等级，考虑结构轮廓，安排通风风路以及利用其他有关资料；

2． 选定主要材料及其规格和指标，包括绝缘材料。导磁材料和导电材料等；

3． 进行电磁设计，计算零部件的有关尺寸和电机的各项性能，必要时加一局部或多方案比较，最后选定经济合理的方案；

4． 结合电磁计算，绘制电机整套图纸。应该注意，电磁设计和结构设计有时还要交叉进行，以便相互进行调整；
设计的措施;
1． 确定机座的外形尺寸，在功率等级不变的情况下，尽量减少设计的误差，使得出的各种尺寸接近国家标准。因此，设计时应考虑整个系列的技术经济指标，在设计过程中往往需要进行多方案的计算比较；
2. 磁路计算时，算出来的值跟标准值相差较大，必须返回重新取值，直到计算值在允许误差之内并要有余量。

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
指导教师意见：
1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：
年 月 日
所在专业审查意见：

负责人：
年 月 日