直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線Matlab仿真

直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線Matlab仿真選題目的與意義與交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)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)、電纜設(shè)備等對(duì)線速度一致性要求較高的地方，通常都采用直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)工作機(jī)械。直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械工作，想負(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(cè)速電機(jī)、伺服電機(jī)等。直流電動(dòng)機(jī)由于具有調(diào)速性能好、制動(dòng)控制便利、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)而在工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)主要分為四種，其中他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用是最廣泛的，故研究他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性便更有一定的指導(dǎo)意義，也是我們選擇這個(gè)課題的原因。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨著轉(zhuǎn)矩T而變化的特性，可表達(dá)成n=f（T）的函數(shù)關(guān)系。在特性曲線上，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系是瞬時(shí)的，電磁轉(zhuǎn)矩的變化將引起轉(zhuǎn)速瞬時(shí)變化。若能更好地了解電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，就能在合適的場(chǎng)合使用更適合的電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也能更好把握其機(jī)械特性對(duì)于啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等方面的應(yīng)用。下面我們將通過Matlab軟件對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性進(jìn)行仿真分析，從而得出一些結(jié)論。理論基礎(chǔ)他勵(lì)直流電機(jī)電路如下圖所示:忽略電機(jī)電刷接觸壓降，可得電樞回路電勢(shì)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(chǎng)在電樞繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，稱為電樞反應(yīng)電勢(shì)。在直流電機(jī)中，電勢(shì)是由電樞繞組切割磁感線產(chǎn)生的，根據(jù)電磁感應(yīng)定律有：Ea=Ce^n (2-2)其中Ce是由電機(jī)的結(jié)構(gòu)決定的參數(shù)，稱為電勢(shì)常數(shù)。在直流電機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞電流和磁場(chǎng)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(jī)結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)，稱為電勢(shì)常數(shù)。數(shù)學(xué)模型選題要求如下:一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)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(shí)人工機(jī)械特性改變電樞電壓時(shí)的人工機(jī)械特性弱磁調(diào)速時(shí)的人工機(jī)械特性查閱相關(guān)資料，得直流電機(jī)機(jī)械特性表達(dá)式:1停)=地.空盤Te

CeOeCeC*e*CrOn電樞回路所串電阻Rad阻值計(jì)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(dāng)Rad等于零時(shí)，得到的直流電機(jī)機(jī)械特性，稱之為直流電機(jī)的固有機(jī)械特性。此時(shí)有:RhC成e*Ci^n則其固有機(jī)械特性的表達(dá)式為:n=nO-BTe=1692-lL.40Te仿真波形由上述理論分析與數(shù)學(xué)建模得出的結(jié)果，通過Matlab進(jìn)行編程，得到的仿真波形如下：（1）電樞回路外串不同電阻時(shí)人工機(jī)械特性160012001000400200（2）改變電樞電壓時(shí)的人工機(jī)械特性(3)弱磁調(diào)速時(shí)的人工機(jī)械特性仿真波形分析（1）電樞回路外串不同電阻時(shí)人工機(jī)械特性1SOO12001000200200Te(N^)（1）電樞回路外串不同電阻時(shí)人工機(jī)械特性1SOO12001000200200Te(N^)（保持U、If為額定值）與固有機(jī)械特性相比，電樞串接電阻時(shí)的人為機(jī)械特性具有如下一些特點(diǎn)：理想空載轉(zhuǎn)速與固有特性時(shí)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(jī)械特性直線的斜率也會(huì)增大，轉(zhuǎn)速落差△□加大。（如直線b、c所示）可見此時(shí)直流電機(jī)的機(jī)械特性變軟，穩(wěn)定性將下降。機(jī)械特性由與縱坐標(biāo)軸交于一點(diǎn)(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(shí)的人工機(jī)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(jī)械特性相比，當(dāng)電樞電壓改變時(shí)，得到的人為機(jī)械特性有如下特點(diǎn)：機(jī)械特性由一組平行線構(gòu)成。隨著電樞電壓的降低，機(jī)械特性的斜率不變，即轉(zhuǎn)速落差△□不變，可以看出此時(shí)機(jī)械特性的硬度不變；但理想空載轉(zhuǎn)

速n0降低。弱磁調(diào)速時(shí)的人工機(jī)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(lì)直流電機(jī)在額定磁通下工作，磁路已經(jīng)接近飽和，此時(shí)只能通過降低磁通的方式來改變主磁通，所得到的人為機(jī)械特性與固有機(jī)械特性相比有如下特點(diǎn)：理想空載轉(zhuǎn)速n0與磁通①成反比，即當(dāng)磁通①下降時(shí)，n0上升。隨著磁通①的下降，機(jī)械特性的斜率上升，可以看出此時(shí)機(jī)械特性將變軟。現(xiàn)將三種情況下的變化特點(diǎn)總結(jié)如下:電樞回路串電阻改變電樞電壓減弱磁通理想空載轉(zhuǎn)速n0不變降低升高機(jī)械特性硬度變軟不變變軟附錄1.直流電機(jī)機(jī)械特性的Matlab程序%直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性分析%下面輸入電機(jī)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(zhuǎn)矩的變化范圍：Te=0:0.01:200;%下面輸入電機(jī)數(shù)學(xué)模型：n=Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);%電樞回路外串不同電阻時(shí)的人工機(jī)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(shí)的人工機(jī)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