直流電動機(jī)仿真研究報(bào)告

..v緒論本課題研究意義直流電動機(jī)具有良好的啟動、制動性能，宜于在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速。長期以來，在電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中，直流調(diào)速方法一直占主要地位。與交流電動機(jī)相比，直流電動機(jī)有良好的調(diào)速性能，它的調(diào)速范圍較廣；調(diào)速連續(xù)平滑；經(jīng)濟(jì)性好，設(shè)備投資較少，調(diào)速損耗較小，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高;調(diào)速方法簡便，工作可靠。在許多工業(yè)部門，例如大型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井卷揚(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車、電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線速度一致的地方等，通常都采用直流電動機(jī)作為原動機(jī)來拖動工作機(jī)械的。直流發(fā)電機(jī)通常是作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電動機(jī)則是作為原動機(jī)帶動各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出機(jī)械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)還有其它的用途，例如測速電機(jī)、伺服電機(jī)等。Matlab語言是一種面向科學(xué)工程計(jì)算的高級語言，它集科學(xué)計(jì)算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理等功能于一體，是一種高級的數(shù)學(xué)分析與運(yùn)算軟件，可用作動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真。目前，電機(jī)控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，不斷有新的控制算法被采用。仿真是對其進(jìn)行研究的一個(gè)重要的不可缺少的手段。Matlab的仿真研究功能被成功方便地應(yīng)用到各種科研過程中。直流電動機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動機(jī)，通過這次課程設(shè)計(jì)使我學(xué)會用MATLAB進(jìn)行基本仿真，通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)綜合運(yùn)用MATLAB進(jìn)行仿真，提高對直流電機(jī)知識的理解能力，解決實(shí)際問題的能力。學(xué)習(xí)使用MATLAB的一般方法、步驟，掌握Simulink的使用方法，以及其強(qiáng)大的仿真功能。學(xué)會用MATLAB仿真軟件仿真直流電動機(jī)的機(jī)械特性，直流電動機(jī)的起動和制動，直流電動機(jī)調(diào)速仿真，其中包括直流電動機(jī)的直接起動仿真，直流電動機(jī)電樞串聯(lián)電阻起動仿真，直流電動機(jī)的能耗制動仿真，直流電動機(jī)反接制動仿真，直流電動機(jī)改變電樞電壓調(diào)速仿真和直流電動機(jī)改變勵(lì)磁電流調(diào)速仿真。通過此次設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我的自我動手能力，了解直流電動機(jī)的各種人為改變參數(shù)的操作特性，理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)際的工作過程中積極地去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。2、課題的主要內(nèi)容了解直流電機(jī)工作原理、結(jié)構(gòu)、基本電磁關(guān)系的基礎(chǔ)上，對直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性進(jìn)行繪制，并且通過運(yùn)用不同的起動和制動、調(diào)速方法對直流電動機(jī)的暫態(tài)過程進(jìn)行仿真研究。而更好的理解直流電動機(jī)的的控制特性、控制規(guī)律、和工作特性。1.學(xué)習(xí)并掌握直流電機(jī)的基本理論，理解直流電動機(jī)的基本工作原理與工作特性。2.通過改變電樞電壓、電樞電阻、改變磁通等方法獲得各種人為機(jī)械特性，并通過仿真得出結(jié)果。3.直流電動機(jī)的起動運(yùn)用直接起動或減壓起動、電樞串電阻起動等方式，制動運(yùn)用回饋制動、反接制動、能耗制動等方式對直流電動機(jī)的起動和制動進(jìn)行仿真分析，建立仿真模型同時(shí)給出仿真結(jié)果。4.調(diào)速分析主要是通過串聯(lián)電阻、改變電樞電壓或改變勵(lì)磁電流調(diào)速方式來實(shí)現(xiàn)。建立仿真模型。5.熟練掌握Matlab的simulink和Powersystem工具箱，以調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖為基礎(chǔ)，弄清楚系統(tǒng)的構(gòu)成，并在模塊庫中找出相應(yīng)的模塊，完成對各個(gè)組成環(huán)節(jié)的元件參數(shù)配置，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并給出結(jié)論。3、程序?qū)崿F(xiàn)思路一．直流電動機(jī)的機(jī)械特性仿真：1.直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性主要有改變電樞電壓,改變電樞電阻和改變磁通三種情況。根據(jù)已知的直流電動機(jī)的參數(shù)，使用MATLAB編制M文件，通過計(jì)算可以畫出直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性曲線。他勵(lì)直流電動機(jī)和串勵(lì)直流電動機(jī)的工作特性不同，通過仿真計(jì)算可以獲得這些特性曲線。二．直流電動機(jī)的起動和制動仿真:(1)直流電動機(jī)的直接起動仿真，直流電動機(jī)直接起動時(shí)，起動電流很大，可達(dá)額定電流的10-20倍，由此產(chǎn)生很大的沖擊轉(zhuǎn)矩。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)不允許直流電動機(jī)直接起動。要求使用Simulink對直流電動機(jī)的直接啟動過程建立仿真模型，通過仿真獲得直流電動機(jī)的直接啟動電流和電磁轉(zhuǎn)矩的變化過程。（2）直流電動機(jī)電樞串聯(lián)電阻起動仿真:建立他勵(lì)直流電動機(jī)電樞串聯(lián)三級電阻起動的仿真模型，仿真分析其串聯(lián)電阻起動過程，獲得起動過程的電樞電流，轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。（3）直流電動機(jī)的能耗制動仿真要求使用Simulink建立直流電動機(jī)的能耗制動的仿真模型，仿真分析獲得轉(zhuǎn)速，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)過程曲線。（4）直流電動機(jī)反接制動仿真要求使用Simulink建立直流電動機(jī)的電壓反向反接制動的模型，仿真分析獲得轉(zhuǎn)速，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)過程曲線。三．直流電動機(jī)調(diào)速仿真：他勵(lì)直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種，即電樞回路串電阻調(diào)速，改變電樞電壓調(diào)速和改變勵(lì)磁電流（減弱磁通）調(diào)速。（1）直流電動機(jī)改變電樞電壓調(diào)速仿真要求實(shí)用Simulink建立他勵(lì)直流電動機(jī)的改變電樞電壓的仿真模型，仿真分析獲得轉(zhuǎn)速，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)過程曲線。（2）直流電動機(jī)改變勵(lì)磁電流調(diào)速仿真要求使用Simulink建立他勵(lì)直流電動機(jī)改變勵(lì)磁電流的仿真模型，仿真分析獲得轉(zhuǎn)速，電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)過程曲線。直流電動機(jī)的機(jī)械特性仿真直流電動機(jī)的機(jī)械特性是指在電動機(jī)的電樞電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻為恒值的條件下，即電動機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系：n=f(Tem)。由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都是機(jī)械量，所以把它稱為機(jī)械特性。電樞回路電阻R、端電壓U和勵(lì)磁磁通都是可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的，每調(diào)節(jié)一個(gè)參數(shù)可以對應(yīng)得到一條機(jī)械特性，所以可以得到許多條機(jī)械特性。其中，電動機(jī)自身所固有的，反映電動機(jī)本來“面目”的機(jī)械特性是在電樞電壓、勵(lì)磁磁通為額定值，且電樞回路不外串電阻時(shí)的機(jī)械特性，稱為電動機(jī)的固有（自然）機(jī)械特性；調(diào)節(jié)U、R、等參數(shù)后得到的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性主要有改變電樞電壓改變電樞電阻和改變磁通三種情況。根據(jù)已知條件，使用Matlab編寫M文件，通過計(jì)算機(jī)可以畫出直流電動機(jī)的人為機(jī)械特性曲線。某直流電動機(jī)，已知額定值為U=220V，P=22W，I=115A，Nn=1500r/min;某電樞電阻R=0.18；勵(lì)磁電阻R=628。求出，并分別劃出固有機(jī)械特性曲線和改變電樞電壓、改變電樞電阻、改變勵(lì)磁同時(shí)的人為機(jī)械特性曲線。并勵(lì)直流電動機(jī)的機(jī)械特性仿真clear;U_N=220;P_N=22;I_N=115;n_N=1500;R_a=0.18;R_f=628;Ia_N=I_N-U_N/R_f;C_EPhi_N=(U_N-R_a*Ia_N)/n_N;C_TPhi_N=9.55*C_EPhi_N;Ia=0;Ia_N;n=U_N/C_EPhi_N-R_a/(C_EPhi_N)*Ia;Te=C_TPhi_N*Ia;P1=U_N*Ia+U_N*U_N/R_f;T2_N=9550*P_N/n_N;figure(1);plot(Te,n,'.-');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)矩n/rpm');ylim([0,1800]);figure(2);plot(Te,n,'rs');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)速n/rpm');holdon;R_c=0;forcoef=1:-0.25;0.25;U=U_N*coef;n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'k-');str=strcat('U=',num2str(U),'V');s_y=1650*coef;text(50,s_y,str);endfigure(3);n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'rs');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)矩n/rpm');holdon;U=U_N;R_c=0.02;forR_c=0:0.5:1.9;n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'k-');str=strcat('R=',num2str(R_c+R_a),'\Omega');s_y=400*(4-R_c*1.8);text(120,s_y,str);endylim([0,1700]);figure(4);R_c=0;n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'rs');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)速n/rpm');holdon;U=U_N;R_c=0.02;forR_c=0.5:0.25:1.3;C_EPhi=C_EPhi_N*coef;C_TPhi=C_TPhi_N*coef;n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'k-');str=strcat('\phi=',num2str(coef),'*\phi_N');s_y=900*(4-coef*2.2);text(120,s_y,str);end圖2.1并勵(lì)直流電機(jī)固有機(jī)械特性圖2.2降低電樞電壓人為機(jī)械特性圖2.3增加電樞電阻人為機(jī)械特性圖2.4改變磁通人為機(jī)械特性他勵(lì)直流電動機(jī)的機(jī)械特性仿真U_N=220;P_N=22;I_N=115;n_N=1500;R_a=0.18;Ia_N=I_N;C_EPhi_N=(U_N-R_a*Ia_N)/n_N;C_TPhi_N=9.55*C_EPhi_N;%假定Phi=Phi_N,U=U_N,Ia=0:Ia_N;n=U_N/C_EPhi_N-R_a/(C_EPhi_N)*Ia;Te=C_TPhi_N*Ia;P1=U_N*Ia;T2_N=9550*P_N/n_N;figure(1);plot(Te,n,'.-');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)速n/rpm');ylim([0,1800]);%計(jì)算轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，不同的條件下的機(jī)械特性figure(2);plot(Te,n,'rs');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)速n/rpm');holdon;R_c=0;Forcoef=1:-0.25:0.25;U=U_N*coef;n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'k-');str=strcat('U=',num2str(U),'V');s_y=1650*coef;text(50,s_y,str);end%計(jì)算轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，不同的條件下的機(jī)械特性figure(3);n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'rs');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)速n/rpm');holdon;U=U_N;R_c=0.02;forR_c=0:0.5:1.9;n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'k-');str=strcat('R=',num2str(R_c+R_a),'\Omega');s_y=400*(4-R_c*1.8);text(120,s_y,str);endylim([0,1700]);%計(jì)算轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，不同的條件下的機(jī)械特性figure(4);R_c=0;n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'rs');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Te/N.m');ylabel('轉(zhuǎn)速n/rpm');holdon;U=U_N;R_c=0;forcoef=0.5:0.25:1.3;C_EPhi=C_EPhi_N*coef;C_TPhi=C_TPhi_N*coef;n=U/C_EPhi-(R_a+R_c)/(C_EPhi*C_TPhi)*Te;plot(Te,n,'k-');str=strcat('\phi=',num2str(coef),'*\phi_N');s_y=900*(4-coef*2.2);text(120,s_y,str);endylim([0,3500]);圖2.5固有機(jī)械特性曲線圖2.6改變電樞電壓的人為機(jī)械特性曲線隨著電壓的降低，理想空載轉(zhuǎn)速線性下降，但直線的斜率保持不變，也就是說，機(jī)械特性的硬度保持不變。圖2.7串電阻的人為機(jī)械特性曲線電阻的增加直線的斜率增大。表面電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降增大，機(jī)械特性的硬度降低。但考慮到理想空載轉(zhuǎn)速不變，因此。電樞回路串電阻時(shí)所有人工機(jī)械特性曲線都交于縱坐標(biāo)的理想空載點(diǎn)。圖2.8弱磁的人為機(jī)械特性曲線由于勵(lì)磁電流的減小使得磁通也減小，對應(yīng)于縱坐標(biāo)軸上的兩個(gè)極點(diǎn)（1）理想空載轉(zhuǎn)速升高，（2）短路電流保持不變，但是相應(yīng)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩減小。三、直流電動機(jī)直接起動和制動仿真1、直流電動機(jī)直接起動研究直流電動機(jī)剛與電源接通的瞬間，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動起來時(shí)，他勵(lì)和串勵(lì)電動機(jī)的電樞電流以及并勵(lì)和復(fù)勵(lì)電動機(jī)的輸入電流稱為起動電流，這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩。一般情況下，在額定電壓下直接起動時(shí)，起動電流可達(dá)電樞電流額定值的10～20倍，起動轉(zhuǎn)矩也能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的10～20倍，這樣的起動電流是換向所不允許的，而且過大的起動轉(zhuǎn)矩會使電動機(jī)和它所拖動的生產(chǎn)機(jī)械遭受突然的巨大沖擊，以致?lián)p壞傳動機(jī)械和生產(chǎn)機(jī)械。由此可見，除了額定功率在數(shù)百瓦以下的微型直流電動機(jī)，因電樞繞組導(dǎo)線細(xì)、電樞電阻大以及轉(zhuǎn)動慣量又比較小，可以直接起動以外，一般的直流電動機(jī)是不允許采用直接起動的。1.1直流電動機(jī)直接起動仿真模型的建立直流電動機(jī)直接啟動在MATLAB/SIMULINK中的仿真模型如圖1所示。在圖1中電動機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞繞組的輸入端并聯(lián)后再與直流電源電壓Vd的正極端相連接，電動機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞的輸出端通過T形接點(diǎn)并聯(lián)后與直流電源Vd的負(fù)極端連接在一起，這時(shí)電動機(jī)的模型為并勵(lì)形式，電動機(jī)參數(shù)設(shè)置為：PN=17kW，UN=220V，IN=88.9A，nN=3000r/m，電樞電路總電阻Ra=0.08Ω，勵(lì)磁回路總電阻Rf=181.5Ω，電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量J=0.76kg·m2。電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由常數(shù)模塊TL設(shè)定，后在電動機(jī)模塊的m端接上示波器，用于觀察電動機(jī)的各項(xiàng)波形，Demux分解模塊用于輸出轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩四項(xiàng)參數(shù)。放大器(Gain)將rad/轉(zhuǎn)換為r/min，變換系數(shù)為K=60/2π=9.55。圖3.1直流電動機(jī)直接啟動仿真模型1.2直接起動仿真結(jié)果及分析直流電動機(jī)直接起動仿真波形如圖3.2所示，在圖2的仿真波形中很容易看出電動機(jī)在直接啟動時(shí)啟動電流很大，最大可達(dá)到2500A，起動轉(zhuǎn)矩最大可以達(dá)到1800N·m。電動機(jī)在啟動0.4s后，轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min，電流下降為額定值89A左右。轉(zhuǎn)矩也有相應(yīng)變化，從圖3.2仿真波形可以看出直流電動機(jī)直接起動造成大電流和大轉(zhuǎn)矩，很容易損壞電機(jī)和負(fù)載，因此這是不允許的。圖3.2直接啟動模型仿真波形2直流電動機(jī)串電阻起動研究由上所述，大型直流電動機(jī)不宜采用直接起動，因此本文采用串電阻起動。具體實(shí)現(xiàn)方法是基于圖3.1所示的直接起動模型基礎(chǔ)上，采用三級串電阻方法限制啟動電流，控制啟動電流在200～100A之間，通過仿真設(shè)計(jì)選擇啟動電阻和切換時(shí)間。2.1直流電動機(jī)串電阻起動仿真模型的建立直流電動機(jī)串電阻起動仿真模型如圖3.3所示，該模型在圖1所示直接起動模型的基礎(chǔ)上，在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)由三級電阻組成的啟動器。在每個(gè)電阻(R1、R2、R3)上并聯(lián)一個(gè)理想開關(guān)，用于切除電阻，開關(guān)受Step模塊控制。(注：在Step模塊對話框中設(shè)定單位階躍信號發(fā)生時(shí)刻，即可控制開關(guān)的閉合，從而短接該電阻)。模型檢測將轉(zhuǎn)速n、電樞電流I等送入示波器。圖3.3直流電動機(jī)串電阻啟動仿真模型2.2直流電動機(jī)串電阻起動時(shí)電阻值計(jì)算以及仿真結(jié)果分析為了實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)串電阻起動，對于電樞繞組串入電阻值的計(jì)算非常重要，需要計(jì)算精確，本文為了盡可能地降低起動電流和起動轉(zhuǎn)矩，采用三級串電阻計(jì)算方法。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下（1）將step模塊2和3的階躍信號發(fā)生時(shí)間設(shè)為“0”，step1設(shè)為20s，R1接入電樞回路，并初選R'1的阻值。在模型中設(shè)R1=R'1=1，得到仿真圖形如圖3.4所示圖3.4串一級電阻啟動時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形由圖3.4可知，串聯(lián)電阻后最大啟動電流為200A，在3.5s時(shí)電流下降到100A，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為1500r/min，相對于直流電機(jī)直接起動，起動電流從2500A變?yōu)?00A，顯著地減低了，起到了保護(hù)電機(jī)的作用。為了進(jìn)一步減少起動電流，需要減小啟動電阻，計(jì)算R1的阻值和預(yù)選R'2阻值。（2）重新設(shè)定R1和R2(R2=R'2)并設(shè)step1的信號發(fā)生時(shí)間為3.5s，設(shè)step2信號發(fā)生時(shí)間為20s得到仿真圖形如圖3.5所示。圖3.5串二級電阻啟動時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形從圖5中可知，在啟動6s后電流再次下降到100A，此時(shí)的轉(zhuǎn)速為2200r/min。為了進(jìn)一步減少起動電流，需要再次減小啟動電阻。根據(jù)式(4)和(5)可以計(jì)算R2和R3阻值。（3）：重新設(shè)定R2和R3，并設(shè)step2的信號發(fā)生時(shí)間為6s，設(shè)step3的信號發(fā)生時(shí)間為20s得到仿真圖形如圖3.6所示。圖3.6串三級電阻啟動時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形從圖3.6可知在啟動8s后起動電流再次下降到100A，此時(shí)的轉(zhuǎn)速為2800r/min，需要再次切除R3，因此設(shè)step3的信號發(fā)生時(shí)間為8s，再次仿真，得到圖形如3.7所示。圖3.7切除R3啟動時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形由圖3.7可知：在切除R3后，轉(zhuǎn)速升到3000r/min，在整個(gè)啟動過程中電流限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。3、直流電動機(jī)制動仿真直流電動機(jī)有4種制動方式,分別為能耗制動、反接制動、倒拉反轉(zhuǎn)和回饋制動。設(shè)定在制動狀態(tài)下,負(fù)載折合到電動機(jī)軸上的阻力矩為3844.0N/m,折合到電動機(jī)軸上的角速度為38rad/s依據(jù)這些參數(shù)分別對電動機(jī)的能耗制動和反接制動狀態(tài)進(jìn)行仿真。選擇powerlib中的模塊拖放到Simulink仿真環(huán)境中,構(gòu)成能耗制動仿真配置如圖3.8所示,預(yù)先設(shè)定負(fù)載扭矩的大小。開關(guān)1,2受定時(shí)器的控制,電機(jī)啟動時(shí)開關(guān)1閉合,2斷開,此時(shí)電機(jī)帶動負(fù)載運(yùn)行,然后同時(shí)斷開開關(guān)1,閉合2,將一個(gè)電阻串入電動機(jī)的電樞電路,電動機(jī)進(jìn)入能耗制動狀態(tài)。改變串入阻值的大小,可以得到不同的仿真結(jié)果,當(dāng)阻值為48時(shí),仿真結(jié)果如圖3.9所示。電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于第四象限的A點(diǎn),扭矩接近3800.0N/m,轉(zhuǎn)速接近-38rad/s(此刻電機(jī)為反轉(zhuǎn)),可見串入的電阻可以滿足實(shí)際要求。反接制動仿真配置如圖3.10所示,電機(jī)啟動時(shí)開關(guān)1閉合,2斷開,此時(shí)電機(jī)帶動負(fù)載運(yùn)行,然后同時(shí)斷開開關(guān)1,閉合2,將一個(gè)反接電源和一個(gè)電阻串入電動機(jī)的電樞電路,電動機(jī)進(jìn)入反接制動狀態(tài).改變反接電源和串入阻值的大小,可以得到不同的仿真結(jié)果,當(dāng)反接電源為260V,阻值為38時(shí),得到仿真結(jié)果如圖3.11所示。電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于第四象限的A點(diǎn),扭矩接近3800.0N/m,轉(zhuǎn)速接近-38rad/s,可見串入的反接電源和電阻可以滿足要求。圖3.8能耗制動仿真配置圖3.9能耗制動仿真結(jié)果圖3.10反接制動仿真配置圖3.11反接制動仿真結(jié)果四、直流電動機(jī)調(diào)速研究現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)械為適應(yīng)其工藝過程要求，在不同的場合下必須具有不同的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行工作，以保證生產(chǎn)機(jī)械的合理運(yùn)行，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。直流調(diào)速即直流電動機(jī)速度控制，是指在直流傳動系統(tǒng)中人為地或自動地改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械對不同轉(zhuǎn)速的要求如金屬切削機(jī)械在進(jìn)行精加工時(shí)，為提高工件的表面光潔度而需要提高切削速度。由此可見，調(diào)速在生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行中，具有重要的意義。從機(jī)械特性上看，就是通過改變電動機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法，改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而改變它與工作機(jī)械特性的交點(diǎn)，改變電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度以他勵(lì)直流電動機(jī)為例，直流電動機(jī)有三種基本調(diào)速方法：(1)他勵(lì)直流電動機(jī)的電樞回路串入電阻調(diào)速；(2)他勵(lì)直流電動機(jī)的降低電源電壓調(diào)速；(3)他勵(lì)直流電動機(jī)的減弱磁通調(diào)速。以下分別進(jìn)行討論"1他勵(lì)直流電動機(jī)的電樞回路串入電阻調(diào)速電樞回路串入電阻調(diào)速要求，僅通過改變電樞回路的電阻來調(diào)節(jié)速度。此時(shí)，他勵(lì)直流電動機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速不變，額定轉(zhuǎn)速降變大，特性變軟。如4.1所示，設(shè)他勵(lì)直流電動機(jī)工作在固有機(jī)械特性曲線的點(diǎn)上，以轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。為了調(diào)節(jié)速度，將接觸器KM的常開觸頭斷開，串入電阻，此時(shí)，他勵(lì)直流電動機(jī)的工作點(diǎn)從固有特性曲線移到人為特性曲線上運(yùn)行，他勵(lì)直流電動機(jī)所對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)速為nc串入不同的電阻，可獲得不同的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。用電樞回路串聯(lián)電阻的方法調(diào)速時(shí)，雖然設(shè)備簡單!操作方便，但因電動機(jī)的機(jī)械特性變軟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速受負(fù)載影響大，此時(shí)輕載時(shí)達(dá)不到調(diào)速的目的，重載時(shí)還會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而且在串聯(lián)電阻中流過的是電樞電流，長期運(yùn)行時(shí)損耗也大，經(jīng)濟(jì)性差，因此這種調(diào)速方法在使用上有一定局限性。4.1串入電阻接線2他勵(lì)直流電動機(jī)的降低電源電壓調(diào)速不同的人為機(jī)械特性對應(yīng)不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，如圖4.2中的a!b!c點(diǎn)所示。如將電源電壓由UN調(diào)至U1，則他勵(lì)直流電動機(jī)的