他励式直流电动机弱磁调速系统.docx

1 1 目录 一、引言 2 设计背景 2 设计目的 2 二、设计的任务及要求 2 设计的主要工作 2 设计要求 2 三、流调速系统概述 3 四、他励式直流电动机的机械特性 3 机械特性的表达式 3 固有机械特性和人为机械特性 5 、固有机械特性 5 人为机械特性 6 五、他励式直流电动机弱磁调速 9 设计思路 9 在 MATLAB/simulink 平台上建立模型 9 5.4 建模仿真 13 六、设计优缺点分析 14 七、设计总结、体会 错误!未定义书签。 参考文献 错误!未定义书签。 PAGE PAGE 10 一、引言 设计背景 在国民经济生产中，电机工业是机械工业的一个重要组成部分，电机是机电一体化中机和电的结合部位，是机电一体化的重要基础，电机可称为电气化的心脏。他对国民经济的发展起着举足轻重的作用，并随着国民经济和科学技术的发展而不断发展。在现代工业、农业、交通运输等各行业中，为了实现生产工艺过程的各种要求，需要广泛采用各种各样的生产机械，大多数都采用电动机拖动。直流电机更是在各种电力拖动场合广泛应用。 设计目的 习和掌握电机调速系统在MATLAB/simulink平台上建模与仿真，充分认识理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次设计实践能够进一步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使自己的设计水平和对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面的提高。 二、设计的任务及要求 设计的主要工作 选用中小容量的电动机及其外围电路完成相应的功能。 用 MATLAB/simulink 实现软启动的功能。 给出设计思路、画出各程序适当的流程图。 给出所有参数确定的原因。 完成设计说明书。 设计要求 使用受控源方式给电机励磁绕组上电。 形成的冲击电流较小。 能在 MATLAB/simulink 平台上建立模型。 能够正确的调整系统各个模块的参数使之兼容。 能够有正确的仿真波形。 三、流调速系统概述 直流电动机的转速和其他参量的关系可用式（3-1）表达 n ? U ? IR eK ? （3-1） e 式中 n——转速，单位为 r/min； U——电枢电压，单位为 V； I——电枢电流，单位为 A； R——电枢回路总电阻，单位为Ω； Φ——励磁磁通，单位为 Wb； eK ——由电机结构决定的电动势常数。 e 由式（3-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速。 调节电枢供电电压 U。 减弱励磁磁通Φ。 改变电枢回路总电阻 R。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（电动机的额定转速）以上作小范围的升速。 四、他励式直流电动机的机械特性 机械特性的表达式 他励直流电动机的机械特性是指电动机在电枢电压、励磁电流、电枢回路 em总电阻为恒值时，电动机在稳定运行状态下，电动机的转速 n 与电磁转矩T 之 em 间的关系，即 n ? f (T em ) ，或者说电动机的转速 n 与电枢电流 I a 的关系 an ? f (I ) ，后者也就是转速调整特性。由于转速和转矩都是机械量，所以把它称为机械特性。利用机械特性和负载转矩特性，可以确定电动机在拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式来分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律，而且电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能也是十分重要的。 a 图 4-1 他励式直流电动机的电路原理 图 4-1 是他励式直流电动机的电路原理。图中 U 为外施电枢电压， Ea 是电 枢电动势， I a 是电枢电流， Ra 是电枢电阻， Rs 是电枢回路串联电阻， I f 是励 磁电流，Φ是励磁磁通， R f 是励磁绕组电阻， R sf 是励磁回路串联电阻。按图 中表明的各个量的正方向，可以列出电枢回路的电压平衡方程： a aU ? E ? RI a a a s式中， R ? R ? R ，为电枢回路总电阻。将电枢电动 a s E ? C ?I 代入式a e a 代入式 （4-1）中，可得他励式直流电动机的机械特性方程： n ? U ? R T ? n ? ?n （4-2） C ? C C ? 2 em 0 e e T 式中， C 、C e T 分别为电动势常数和转矩常数，且 C T =9.55 C ； n e 0 ? U C ? 为 e 电磁转矩T em =0 时的转速，称为理想空载转速； ?n 为转速降。 当电源电压 U=常数，电枢回路总电阻 R＝常数，励磁磁通 ?