基于MATLAB直流電機(jī)起動設(shè)計及仿真-課程設(shè)計報告

..-..-可修遍-物理與電子工程學(xué)院"電力拖動自動控制系統(tǒng)"課程設(shè)計報告書設(shè)計題目：直流電機(jī)起動設(shè)計與仿真專業(yè)：自動化**x班級：2014****x本1班學(xué)生:********學(xué)號:指導(dǎo)教師：**********2015年10月25日物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)：自動化班級：14****1班學(xué)生****x學(xué)號********課程名稱電力拖動自動控制系統(tǒng)設(shè)計題目直流電機(jī)起動設(shè)計與仿真設(shè)計目的、主要容〔參數(shù)、方法〕及要求設(shè)計目的：1．培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練綜合運用電力拖動和相關(guān)課程知識的能力。2.了解直流電動機(jī)的起動特性，掌握直流電機(jī)的起動方式及工作原理。3.學(xué)會使用Simulink動態(tài)仿真工具進(jìn)展直流電動機(jī)起動特性仿真與調(diào)試。4.鍛煉學(xué)生獨立思考、動手解決問題的能力。設(shè)計容：1.直流電動機(jī)直接起動、串電阻起動、減壓起動線路設(shè)計。2.利用MATLAB/SIMULINK的模塊對各種起動方式建立仿真模型，得到包括電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等動態(tài)仿真曲線。設(shè)計要求：1.確立直流電動機(jī)模型參數(shù)，建立各種起動方式的仿真模型，進(jìn)展起動過程仿真。

2.改變仿真參數(shù)，得到不同仿真結(jié)果，并根據(jù)仿真曲線分析起動特性。掌3.完成設(shè)計報告。5．

工作量2周時間，每天3學(xué)時，共計42學(xué)時進(jìn)度安排第1-3天：查閱資料，理論分析設(shè)計。第4-6天：起動方式建模。第7-9天：系統(tǒng)仿真調(diào)試。第10-14天：整理課程設(shè)計報告。主要參考資料1.唐介.電機(jī)與拖動[M].:高等教育,20072.鳳春.電機(jī)與拖動MATLAB仿真與學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].:機(jī)械工業(yè),2008指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字摘要直流電動機(jī)具有調(diào)速圍廣、調(diào)速平穩(wěn)、過載能力強(qiáng)以及啟動和制動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。文章研究了直流電動機(jī)串電阻起動方法，在直流電動機(jī)電樞繞組中串入電阻來降低起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。相比于電機(jī)直接起動，串入電阻起動起動電流和起動轉(zhuǎn)矩顯著減低，而且本錢又增加不多，在實際工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用，在課程設(shè)計中總共設(shè)了3級電阻，第一級電阻R1=0.518,第二季電阻R2=0.32,第三級電阻R3=0.162。關(guān)鍵詞：直流電動機(jī)；直接啟動；串電阻啟動；仿真；目錄TOC\o"1-3"\u1任務(wù)提出與方案論證11.1提出任務(wù)11.2方案論證12總體設(shè)計12.1系統(tǒng)總體原理框圖12.2直流電動機(jī)直接起動真模型仿真的建立22.3直流電動機(jī)串電阻起動真模型仿真的建立52.4直流電動機(jī)串電阻起動時電阻值計算以及仿真結(jié)果分析53心得體會13..1任務(wù)提出與方案論證1.1提出任務(wù)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，他勵和串勵電動機(jī)的電樞電流以及并勵和復(fù)勵電動機(jī)的輸入電流稱為起動電流，這時的電磁轉(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，起動電流可達(dá)電樞電流額定值的10～20倍，起動轉(zhuǎn)矩也能到達(dá)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)動慣量又比擬小，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。1.2方案論證方案一：直流電動機(jī)直接啟動直流電動機(jī)直接啟動適用于額定功率在數(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)動慣量又比擬小，可以直接起動，但是現(xiàn)在工業(yè)中絕大數(shù)機(jī)械都是大功率。方案二：直流電動機(jī)串電阻啟動直流電動機(jī)串電阻起動方法，在直流電動機(jī)電樞繞組中串入電阻來降低起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。相比于電機(jī)直接起動，串電阻起動起動電流和起動轉(zhuǎn)矩顯著減低，而且本錢又增加不多，在實際工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。最終選擇：經(jīng)過比擬本設(shè)計選擇方案二直流電動機(jī)串電阻啟動能更好的到達(dá)設(shè)計要求。2總體設(shè)計2.1系統(tǒng)總體原理框圖直流電動機(jī)啟動的設(shè)計，我們首先對電路原理進(jìn)展分析，通過分析，結(jié)合具體的性能指標(biāo)求出相應(yīng)的參數(shù)，然后在Matlab仿真軟件中建立仿真模型，仿真模型采用交流輸入電源，使用晶閘管和二極管作為整流器件，通過不斷仿真、調(diào)試、不斷修改參數(shù)，知道符合正確的參數(shù)要求。其系統(tǒng)原理框圖如下列圖2.1。交交流輸入控制電路直流電動機(jī)啟動電路輸出符合要求的電流和轉(zhuǎn)速圖2.1系統(tǒng)原理框圖2.2直流電動機(jī)直接起動真模型仿真的建立〔1〕圖中的模塊有直流電源〔DCVoltageSource〕、理想開關(guān)、直流電動機(jī)、開關(guān)、增益、電阻〔RLCbranch〕、示波器〔scope〕、信號別離模塊〔Demux〕。仿真模型過理想開關(guān)模塊控制直流電源的接通和斷開，使用開關(guān)模塊控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在起動過程中的轉(zhuǎn)矩為空載起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)設(shè)定值后，使電機(jī)工作再給定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。圖2.2直流電動機(jī)直接起動仿真模型圖2.3 直流電機(jī)模塊參數(shù)圖2.2.4直流電源模塊參數(shù)圖2.4電壓參數(shù)設(shè)置圖2.5仿真圖圖2.6電流-轉(zhuǎn)速圖2.3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2.7所示，該模型在直接起動模型的根底上，在電樞回路中串聯(lián)一個由三級電阻組成的啟動器。在每個電阻(R1、R2、R3)上并聯(lián)一個理想開關(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2.7直流電動機(jī)串電阻起動仿真模型2.4直流電動機(jī)串電阻起動時電阻值計算以及仿真結(jié)果分析為了實現(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算非常重要，需要計算準(zhǔn)確，本文為了盡可能地降低起動電流和起動轉(zhuǎn)矩，采用三級串電阻計算方法。具體實現(xiàn)步驟如下。(1)將step模塊2和3的階躍信號發(fā)生時間設(shè)為"0〞，step1設(shè)為20s，使接入電樞回路，并初選R'1的阻值。a.=-=在模型中設(shè)==1，得到n(r/min)/A/A(N.m)圖2.8串一級電阻啟動時的轉(zhuǎn)速和電流波形由圖2.8可知，串聯(lián)電阻后最大啟動電流為200A，在3.5s時電流下降到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，計算的阻值和預(yù)選阻值。b.=-=c.=-=1-0.482=0.518(2)重新設(shè)定R1和R2(R2=R'2)并設(shè)step1的信號發(fā)生時間為3.5s，設(shè)step2的信號發(fā)生時間為20s得到仿真圖形如圖2.9所示。n(r/min)/A/A(N.m)圖2.9串二級電阻啟動時的轉(zhuǎn)速和電流波形c.從圖2.9中可知，在啟動6s后電流再次下降到100A，此時的轉(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d和e可以計算和阻值。d.=-=e.=-=0.482-0.32=0.162(4)重新設(shè)定和并設(shè)step2的信號發(fā)生時間為6s，設(shè)step3的信號發(fā)生時間為20s得到仿真圖形如圖2.10所示。n(r/min)/A/A(N.m)圖2.10串三級電阻啟動時的轉(zhuǎn)速和電流波形從圖2.10可知在啟動8s后起動電流再次下降到100A，此時的轉(zhuǎn)速為2800r/min，需要再次切除，因此設(shè)step3的信號發(fā)生時間為8s，再次仿真，得到圖形如2.11所示。n(r/min)/A圖2.11切除啟動時的轉(zhuǎn)速和電流波形由圖2.11可知：在切除后，轉(zhuǎn)速升到3000r/min，在整個啟動過程中電流限制在規(guī)定的圍，滿足設(shè)計要求。3心得體會通過這次課程設(shè)計使我對原來學(xué)習(xí)的過程有了全新認(rèn)識，學(xué)習(xí)一定要理論與實踐相結(jié)合，這樣才能更好地學(xué)習(xí)知識，我用的軟件是MATLAB，它也是實驗中最重要的一環(huán)，用的最多的是Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。為了創(chuàng)立動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個創(chuàng)立過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。在這次課程設(shè)計中我又進(jìn)一步學(xué)習(xí)了電機(jī)啟動的一些知識，也由感性認(rèn)識上升到實踐，這樣我對串電阻啟動的參數(shù)的計算以及設(shè)定有了更深刻的認(rèn)識，也在仿真過程中對參數(shù)改變帶來的其他變化一目了然，使知識學(xué)的活靈活現(xiàn)，還有對直接啟動的危害有了更深的了解。另外這次課程設(shè)計讓我不僅對電力電子的理論知識有了很深的認(rèn)識也對我的實踐動手能力有了很大的培養(yǎng)。。當(dāng)然這次設(shè)計還有很多缺乏之處，例如對根底知識了解不夠充分，導(dǎo)致設(shè)計過程中出現(xiàn)很多不必要的麻煩，所以在以后的學(xué)習(xí)構(gòu)成中我會加倍學(xué)習(xí)相關(guān)知識，以彌補(bǔ)自己的缺乏。參考文獻(xiàn)[1]湯蘊(yùn)璆.電機(jī)學(xué)〔第四版〕[M].：機(jī)械工業(yè)，2011[2]洪乃剛.電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模與仿真[M].：機(jī)械工業(yè)，2010[4]松.基于MATLAB的直流電動機(jī)啟動的仿真研究[D].：學(xué)院，2011課程設(shè)計成績評定表院系：物理與電子工程學(xué)院班級：**x本1班：**學(xué)號：********工程分值優(yōu)秀(x≥90%)良好(90%>x≥80%)中等(80%>x≥70%)及格(70%>x≥60%)不及格(x<60%)評分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)平時考核20學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保證設(shè)計時間并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開展各項工作。學(xué)習(xí)態(tài)度比擬認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)。學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀(jì)律，根本保證設(shè)計時間，按期完成各項工作。學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀(jì)律，能按期完成任務(wù)。學(xué)習(xí)馬虎，紀(jì)律松散，工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計時間和進(jìn)度。課程設(shè)計報告報告容組織書寫20構(gòu)造嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，層次清晰，語言準(zhǔn)確，文字流暢，完全符合規(guī)化要求，書寫工整或用計算機(jī)打印成文；圖紙非常工整、清晰。構(gòu)造合理，符合邏輯，文章層次清楚，語言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)化要求，書寫工整或用計算機(jī)打印成文；圖紙工整、清晰。構(gòu)造合理，層次較為清楚，文理通順，根本到達(dá)規(guī)化要求，書寫比擬工整；圖紙比擬工整、清晰。構(gòu)造根本合理，邏輯根本清楚，文字尚通順，勉強(qiáng)到達(dá)規(guī)化要求；圖紙比擬工整。容空泛，構(gòu)造混亂，文字表達(dá)不清，錯別字較多，達(dá)不到規(guī)化要求；圖紙不工整或不清晰。技術(shù)水平20設(shè)計合理、理論分析與計算正確，文獻(xiàn)查閱能力強(qiáng)、引用合理、調(diào)查調(diào)研非