直流電動機機械特性曲線Matlab仿真

直流電動機機械特性曲線Matlab仿真選題目的與意義與交流電動機相比，直流電動機有良好的調(diào)速性能，它的調(diào)速范圍較廣；調(diào)速連續(xù)平滑；經(jīng)濟性好，設備投資較少，調(diào)速損耗較小，經(jīng)濟指標高；調(diào)速方法簡便，工作可靠。在許多工業(yè)部門，例如大型軋鋼設備、大型精密機床、礦井卷揚機、電纜設備等對線速度一致性要求較高的地方，通常都采用直流電動機作為原動機來拖動工作機械。直流電動機作為原動機帶動各種生產(chǎn)機械工作，想負載輸出機械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機還有其它的用途，例如測速電機、伺服電機等。直流電動機由于具有調(diào)速性能好、制動控制便利、啟動轉矩大的特點而在工業(yè)等領域廣泛應用。直流電動機主要分為四種，其中他勵直流電動機的應用是最廣泛的，故研究他勵直流電動機的機械特性便更有一定的指導意義，也是我們選擇這個課題的原因。電動機的機械特性，即電動機的轉速n隨著轉矩T而變化的特性，可表達成n=f（T）的函數(shù)關系。在特性曲線上，電機的轉速與電磁轉矩關系是瞬時的，電磁轉矩的變化將引起轉速瞬時變化。若能更好地了解電動機的機械特性，就能在合適的場合使用更適合的電動機，同時也能更好把握其機械特性對于啟動、調(diào)速、制動等方面的應用。下面我們將通過Matlab軟件對他勵直流電動機的機械特性進行仿真分析，從而得出一些結論。理論基礎他勵直流電機電路如下圖所示:忽略電機電刷接觸壓降，可得電樞回路電勢平衡方程式：U=Ea+IaRa (2-1)其中Ra為電樞回路電阻，Ea為主磁場在電樞繞組中的感應電動勢，稱為電樞反應電勢。在直流電機中，電勢是由電樞繞組切割磁感線產(chǎn)生的，根據(jù)電磁感應定律有：Ea=Ce^n (2-2)其中Ce是由電機的結構決定的參數(shù)，稱為電勢常數(shù)。在直流電機中，電磁轉矩是由電樞電流和磁場相互作用產(chǎn)生的電磁力形成的，于是有：(2-3)Te=CT①la(2-3)其中，CT是由電機結構決定的常數(shù)，稱為電勢常數(shù)。數(shù)學模型選題要求如下:一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)如：PN=12kW,UN=220V,IN=60A,nN=1500rpm，電樞回路總電阻(含電刷接觸電阻)Ra=0.4Q，采用MATLAB完成下列曲線的繪制:電樞回路外串不同電阻時人工機械特性改變電樞電壓時的人工機械特性弱磁調(diào)速時的人工機械特性查閱相關資料，得直流電機機械特性表達式:1停)=地.空盤Te

CeOeCeC*e*CrOn電樞回路所串電阻Rad阻值計算過程如下:CeC?n=UNCeC?n=UN-INRanN220-60x0.4 二0.131500PN I?Tn=9550—=9550x=76.4

nN 1500CeOe0.13當Rad等于零時，得到的直流電機機械特性，稱之為直流電機的固有機械特性。此時有:RhC成e*Ci^n則其固有機械特性的表達式為:n=nO-BTe=1692-lL.40Te仿真波形由上述理論分析與數(shù)學建模得出的結果，通過Matlab進行編程，得到的仿真波形如下：（1）電樞回路外串不同電阻時人工機械特性160012001000400200（2）改變電樞電壓時的人工機械特性(3)弱磁調(diào)速時的人工機械特性仿真波形分析（1）電樞回路外串不同電阻時人工機械特性1SOO12001000200200Te(N^)（1）電樞回路外串不同電阻時人工機械特性1SOO12001000200200Te(N^)（保持U、If為額定值）與固有機械特性相比，電樞串接電阻時的人為機械特性具有如下一些特點：理想空載轉速與固有特性時相同，且不隨串接電阻Rad的變化而變化。（如直線a所示）隨著串接電阻Rad的加大，人為機械特性直線的斜率也會增大，轉速落差△□加大。（如直線b、c所示）可見此時直流電機的機械特性變軟，穩(wěn)定性將下降。機械特性由與縱坐標軸交于一點(n=n0)，但具有不同斜率的一組射線組成。串接電阻Rad越大，電樞電流流過Rad所產(chǎn)生的損耗就越大。改變電樞電壓時的人工機械特性2QQI I I I I III II 0 20 40B02QQI I I I I III II 0 20 40B080 100 120 140 1B0 180 200Te(N*M)OO6OO41ooOooO208￡d』)uOO6O40(保持每極磁通為額定值不變，電樞回路不串電阻，即Rad=0)與固有機械特性相比，當電樞電壓改變時，得到的人為機械特性有如下特點：機械特性由一組平行線構成。隨著電樞電壓的降低，機械特性的斜率不變，即轉速落差△□不變，可以看出此時機械特性的硬度不變；但理想空載轉

速n0降低。弱磁調(diào)速時的人工機械特性ooO

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JIJIE1IJUTOC\o"1-5"\h\z1200 4 ■; : : ■; ■: " rI I I I I I I I ■I I I I I I I I II I I I I I I I ■I I I I I I I I ■I I I I I I I I II I I I I I I I ■I I I I I I I I ■1000I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 20 40 ED 80 100 120 140 1EO 1BO 200Te[N*M>(保持電樞電壓為額定電壓，電樞不串電阻)由于在一般情況下，他勵直流電機在額定磁通下工作，磁路已經(jīng)接近飽和，此時只能通過降低磁通的方式來改變主磁通，所得到的人為機械特性與固有機械特性相比有如下特點：理想空載轉速n0與磁通①成反比，即當磁通①下降時，n0上升。隨著磁通①的下降，機械特性的斜率上升，可以看出此時機械特性將變軟?，F(xiàn)將三種情況下的變化特點總結如下:電樞回路串電阻改變電樞電壓減弱磁通理想空載轉速n0不變降低升高機械特性硬度變軟不變變軟附錄1.直流電機機械特性的Matlab程序%直流電動機機械特性分析%下面輸入電機基本數(shù)據(jù)：Un=220;In=60;Nn=1500;Ra=0.4;Ea=Un-In*Ra;CeIo=Ea/Nn;CtIo=9.55*CeIo;%下面輸入電磁轉矩的變化范圍：Te=0:0.01:200;%下面輸入電機數(shù)學模型：n=Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);%電樞回路外串不同電阻時的人工機械特性：forRad=0:0.5:1n=Un/CeIo-(Ra+Rad)*Te/(CeIo*CtIo);plot(Te,n,'-');holdonxlabel('Te(N*M)')ylabel('n(rpm)')endgridon%改變電樞電壓時的人工機械特性：figurefork=[0.50.81]n=k*Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);plot(Te,n,'-');holdonxlabel('Te(N*M)')ylabel('n(rpm)')end