他励直流电动机的人为机械特性设计

他励直流电动机的人为机械特性（串电阻）一.直流电机基本工作原理与结构直流电机是指能输出直流电流的发电机，或通入直流电流而产生机械运动的电动机。直流电动机具有良好的起动性能和宽广平滑的调速特性，因而被广泛应用于电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和起动设备等需要经常起动并调速的电气传动装置中。直流发电机主要作直流电源。此外，小容量直流电机大多在这种控制系统中以伺服电动机、测速发电机等形式作为测量、执行元件使用。1.直流电动机的工作原理 图1.直流电动机工作原理若把上述电机模型作为直流电动机模型，如图2所示，由外电源由电刷A引入直流电源，使电流从正极电刷A流入，由负极电刷B流出。此时，线圈中电流的路径：电源正极——电刷A——a——b——c——d——电刷Ｂ——电源负极。根据左手定则确定的电磁方向可知，此时的电磁转矩是逆时针的。设电枢在电磁转矩的作用下按逆时针方向旋转，当线圈边ａｂ由Ｎ极下面转到Ｓ极下面，线圈边ｃｄ由Ｓ极下面到Ｎ极下面时，由于换向器的作用，使线圈中的电流改变方向，此时电流的路径：电源正极——电刷——ｄ——ｃ——ｂ——ａ——电刷Ｂ——电源负极。因为各磁极下线圈中的电流方向并不改变，所以就保证了电磁转矩的方向不变，从而使电枢能够连续旋转。2.直流电机的基本结构（1）直流电机的静止部分 1、

主磁极2、机座3、换向极4、电刷装置（2）直流电机的转动部分1、电枢铁心2、电枢绕组.3、换向器.图2.电枢铁芯直流电机的额定值直流电机的额定数据有：1、额定功率PN（瓦/千瓦，W/KW）2、额定电压UN（伏V）3、额定电流IN（安A）4、额定转速nN(转/分r/min)5、额定励磁电压UFn（伏V）6、额定励磁电流IfN（安A）二、他励直流电动机的工作特性直流电动机的工作特性是指：在U1=UN，If=IfN的条件下，电枢回路无外接电阻时，转速n和转矩Tem以及效率与输出功率之间的关系。为了便于测量，通常输出功率P2用电枢电流Ia来表示。这样，工作特性便转变为转速n,转矩Tem以及效率与电枢电流之间的关系。需要说明的是，额定励磁电流是指：当电动机施加电压U1=UN，拖动额定负载，使得电枢电流为额定电枢电流Ia=IaN，转速为额定转速n=nN时的励磁电流。三、他励直流电动机的固有机械特性在U1=UN，Ia=IaN，且电枢回路未串任何电阻的条件下，转自转速和电磁转矩之间的关系曲线n=f（Tem）称为机械特性。它反映了在不同转速下电动机所能提供出力（转矩）的情况。为了方便起见，将电势，转矩的基本关系式以及电势平衡方程式重新列出如下：(1-1)(1-2)(1-3)将（1-2）式代入上式并考虑机械特性的定义，便可以得到他励直流电动机的机械特性表达式为其中为直线的斜率，n0为理想空载转速，但是实际空载转矩比这个值小。通过后面matlab绘制出来的固有机械特性曲线我们可以清楚的看出一般情况下斜率都很小，电动机表现出较硬的机械特性。然而有些时候为了便于更好的理解和研究电动机机械特性，我们会增加一些人为的因素使其机械特性发生改变，如串上一个适当的电阻、减小电枢电压、弱磁等。四、他励直流电动机的人为机械特性（1）串电阻保持电枢电压不变，所以理想空载转矩也保持不变，给电枢回路串上外电阻，使得机械特性曲线的斜率发生变化，机械特性变软。他励直流电动机的人为机械特性，随着外串电阻的增加，直线的斜率增大。表明电机的转速下降增大，机械特性的硬度降低。但考虑到理想空载转速不变，因此，电枢回路串电阻时所有人工机械特性曲线都交于纵坐标的理想空载点。（2）改变电枢电压的人为机械特性当If=IfN,R=0时，仅是改变电枢电压，可得此时的人为机械特性表达式为：，由表达式知，随着电压的降低，理想空载转速线性下降，但直线的斜率保持不变，也就是说，机械特性的硬度保持不变。（3）弱磁时的人为机械特性当U1=UN，R=0时，仅是改变励磁，可得此时的人为机械机械特性表达式为：，由于励磁电流的减小使得磁通也减小，对应于纵坐标轴上的两个极点（1）理想空载转速升高，（2）短路电流也称为堵转电流或启动电流Ist=UN/Ra(对应于n=0)保持不变，但是相应的堵转转矩或启动转矩Tst,减小，所以可以得出其弱磁下的人为机械特性曲线。五、Matlab程序及其仿真某他励直流电动机，已知额定值UN=220V，PN=22KW，IN=115A，nN=1500r/min,电枢电阻Ra=0.18Ω，请仿真出改变电枢电阻，电枢电压，改变磁通的人为机械特性曲线。Matlab程序%他励直流电动机的机械特性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('电磁转矩Te/N.m');ylabel('转速n/rpm');ylim([0,1800]);%计算转速和转矩的关系，不同的条件下的机械特性figure(2);plot(Te,n,'rs');xlabel('电磁转矩Te/N.m');ylabel('转速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%计算转速和转矩的关系，不同的条件下的机械特性figure(3);n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te;plot(Te,n,'rs');xlabel('电磁转矩Te/N.m');ylabel('转速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]);%计算转矩和转速的关系，不同的条件下的机械特性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('电磁转矩Te/N.m');ylabel('转速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]);固有机械特性曲线改变电枢电压的认为机械特性曲线串电阻的人为机械特性曲线弱磁的人为机械特性曲线六、心得通过这次matlab的仿真，我们清楚的了解了他励直