直流电动机机械特性曲线Matlab仿真

直流电动机机械特性曲线 Matlab 仿真1. 选题目的与意义与交流电动机相比，直流电动机有良好的调速性能，它的调 速范围较广；调速连续平滑；经济性好，设备投资较少，调速损 耗较小，经济指标高；调速方法简便，工作可靠。在许多工业部 门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、电缆设备 等对线速度一致性要求较高的地方，通常都采用直流电动机作为 原动机来拖动工作机械。直流电动机作为原动机带动各种生产机 械工作，想负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它 的用途，例如测速电机、伺服电机等。直流电动机由于具有调速性能好、制动控制便利、启动转矩 大的特点而在工业等领域广泛应用。直流电动机主要分为四种， 其中他励直流电动机的应用是最广泛的，故研究他励直流电动机 的机械特性便更有一定的指导意义，也是我们选择这个课题的原 因。电动机的机械特性，即电动机的转速n随着转矩T而变化的 特性，可表达成n=f (T)的函数关系。在特性曲线上，电机的转 速与电磁转矩关系是瞬时的，电磁转矩的变化将引起转速瞬时变 化。若能更好地了解电动机的机械特性，就能在合适的场合使用 更适合的电动机，同时也能更好把握其机械特性对于启动、调速、 制动等方面的应用。下面我们将通过Matlab软件对他励直流电动机的机械特性进行仿真分析，从而得出一些结论。2. 理论基础他励直流电机电路如下图所示忽略电机电刷接触压降，可得电枢回路电势平衡方程式： U=Ea+IaRa (2-1)其中Ra为电枢回路电阻，Ea为主磁场在电枢绕组中的感应 电动势，称为电枢反应电势。在直流电机中，电势是由电枢绕组切割磁感线产生的，根据 电磁感应定律有：Ea=Cen(2-2)其中Ce是由电机的结构决定的参数，称为电势常数。在直流电机中，电磁转矩是由电枢电流和磁场相互作用产生的电磁力形成的，于是有：(2-3)Te二CTIa其中，CT是由电机结构决定的常数，称为电势常数。3. 数学模型选题要求如下：一台他励直流电动机额定数据如：N=12kW,UN二220V,IN=60A, nN=1500rpm，电枢回路总电阻（含电刷接触电阻）Ra二0.4Q，采 用MATLAB完成下列曲线的绘制：（1）电枢回路外串不同电阻时人工机械特性（2）改变电枢电压时的人工机械特性（3）弱磁调速时的人工机械特性查阅相关资料，得直流电机机械特性表达式：n = f(Te) =UNCeOeRa -FRad 丁Cee * Orii电枢回路所串电阻Rad阻值计算过程如下:当 Rad 等于零时，得到的直流电机机械特性，称之为直流电机的固有机械特性。此时有：则其固有机械特性的表达式为：11 = 110 BTe =1692-lL.40Te4仿真波形由上述理论分析与数学建模得出的结果，通过Matlab进行编程，得到的仿真波形如下：（1）电枢回路外串不同电阻时人工机械特性2）改变电枢电压时的人工机械特性3）弱磁调速时的人工机械特性5.仿真波形分析与固有机械特性相比，电枢串接电阻时的人为机械特性具有 如下一些特点：I. 理想空载转速与固有特性时相同，且不随串接电阻Rad 的变化而变化。（如直线a所示）II. 随着串接电阻Rad的加大，人为机械特性直线的斜率也 会增大，转速落差An加大。（如直线b、c所示）可见此时直流电机的机械特性变软，稳定性将下降。III. 机械特性由与纵坐标轴交于一点(n=n0)，但具有不同 斜率的一组射线组成。IV. 串接电阻Rad越大，电枢电流流过Rad所产生的损耗就 越大。(2) 改变电枢电压时的人工机械特性2Q Q IIIIIIIIII02040 BO 801001201401B0180200Te(N*M)(保持每极磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，即Rad=0)与固有机械特性相比，当电枢电压改变时，得到的人为机械 特性有如下特点：I机械特性由一组平行线构成。II.随着电枢电压的降低，机械特性的斜率不变，即转速落 差不变，可以看出此时机械特性的硬度不变；但理想空载转速 n0 降低。（3）弱磁调速时的人工机械特性O200E10 匚1200 4；:；:!-rIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII1000 I11111111102040ED801001201401EO1BO200TeN*M（保持电枢电压为额定电压，电枢不串电阻）由于在一般情况下，他励直流电机在额定磁通下工作，磁路已经接近饱和，此时只能通过降低磁通的方式来改变主磁通，所 得到的人为机械特性与固有机械特性相比有如下特点：I. 理想空载转速n0与磁通成反比，即当磁通下降时，n0 上升。II. 随着磁通的下降，机械特性的斜率上升，可以看出此时机械特性将变软。现将三种情况下的变化特点总结如下：电枢回路串电阻改变电枢电压减弱磁通理想空载转速n0不变降低升高机械特性硬度变软不变变软附录1.直流电机机械特性的Matlab程序% 直流电动机机械特性分析% 下面输入电机基本数据：Un=220;In=60;Nn=1500;Ra=0.4;Ea=Un-In*Ra;CeIo=Ea/Nn;CtIo=9.55*CeIo;% 下面输入电磁转矩的变化范围：Te=0:0.01:200;% 下面输入电机数学模型：n=Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);% 电枢回路外串不同电阻时的人工机械特性：for Rad=0:0.5:1n=Un/CeIo-(Ra+Rad)*Te/(CeIo*CtIo);plot(Te,n,-);hold onxlabel(Te(N*M)ylabel(n(rpm)endgrid on% 改变电枢电压时的人工机械特性：figurefor k=0.5 0.8 1 n=k*Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo); plot(Te,n,-);hold on xlabel(Te(N*M) ylabel(n(rpm)endgrid on% 弱磁调速时的人工机械特性：figurefor a=0.8 0.9 1n=Un/(a*CeIo)-Ra*Te/(aA2*CeIo*CtIo); plot(Te,n,-);hold on xlabel(Te(N*M) ylabel(n(rpm) endgrid on