直流电动机机械特性曲线Matlab仿真

直流电动机机械特性曲线Matlab仿真选题目的与意义与交流电动机相比，直流电动机有良好的调速性能，它的调速范围较广；调速连续平滑；经济性好，设备投资较少，调速损耗较小，经济指标高；调速方法简便，工作可靠。在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、电缆设备等对线速度一致性要求较高的地方，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械。直流电动机作为原动机带动各种生产机械工作，想负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。直流电动机由于具有调速性能好、制动控制便利、启动转矩大的特点而在工业等领域广泛应用。直流电动机主要分为四种，其中他励直流电动机的应用是最广泛的，故研究他励直流电动机的机械特性便更有一定的指导意义，也是我们选择这个课题的原因。电动机的机械特性，即电动机的转速n随着转矩T而变化的特性，可表达成n=f（T）的函数关系。在特性曲线上，电机的转速与电磁转矩关系是瞬时的，电磁转矩的变化将引起转速瞬时变化。若能更好地了解电动机的机械特性，就能在合适的场合使用更适合的电动机，同时也能更好把握其机械特性对于启动、调速、制动等方面的应用。下面我们将通过Matlab软件对他励直流电动机的机械特性进行仿真分析，从而得出一些结论。理论基础他励直流电机电路如下图所示:忽略电机电刷接触压降，可得电枢回路电势平衡方程式：U=Ea+IaRa (2-1)其中Ra为电枢回路电阻，Ea为主磁场在电枢绕组中的感应电动势，称为电枢反应电势。在直流电机中，电势是由电枢绕组切割磁感线产生的，根据电磁感应定律有：Ea=Ce^n (2-2)其中Ce是由电机的结构决定的参数，称为电势常数。在直流电机中，电磁转矩是由电枢电流和磁场相互作用产生的电磁力形成的，于是有：(2-3)Te=CT①la(2-3)其中，CT是由电机结构决定的常数，称为电势常数。数学模型选题要求如下:一台他励直流电动机额定数据如：PN=12kW,UN=220V,IN=60A,nN=1500rpm，电枢回路总电阻(含电刷接触电阻)Ra=0.4Q，采用MATLAB完成下列曲线的绘制:电枢回路外串不同电阻时人工机械特性改变电枢电压时的人工机械特性弱磁调速时的人工机械特性查阅相关资料，得直流电机机械特性表达式:1停)=地.空盘Te

CeOeCeC*e*CrOn电枢回路所串电阻Rad阻值计算过程如下:CeC»n=UNCeC»n=UN-INRanN220-60x0.4 二0.131500PN I?Tn=9550—=9550x=76.4

nN 1500CeOe0.13当Rad等于零时，得到的直流电机机械特性，称之为直流电机的固有机械特性。此时有:RhC成e*Ci^n则其固有机械特性的表达式为:n=nO-BTe=1692-lL.40Te仿真波形由上述理论分析与数学建模得出的结果，通过Matlab进行编程，得到的仿真波形如下：（1）电枢回路外串不同电阻时人工机械特性160012001000400200（2）改变电枢电压时的人工机械特性(3)弱磁调速时的人工机械特性仿真波形分析（1）电枢回路外串不同电阻时人工机械特性1SOO12001000200200Te(N^)（1）电枢回路外串不同电阻时人工机械特性1SOO12001000200200Te(N^)（保持U、If为额定值）与固有机械特性相比，电枢串接电阻时的人为机械特性具有如下一些特点：理想空载转速与固有特性时相同，且不随串接电阻Rad的变化而变化。（如直线a所示）随着串接电阻Rad的加大，人为机械特性直线的斜率也会增大，转速落差△□加大。（如直线b、c所示）可见此时直流电机的机械特性变软，稳定性将下降。机械特性由与纵坐标轴交于一点(n=n0)，但具有不同斜率的一组射线组成。串接电阻Rad越大，电枢电流流过Rad所产生的损耗就越大。改变电枢电压时的人工机械特性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(保持每极磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，即Rad=0)与固有机械特性相比，当电枢电压改变时，得到的人为机械特性有如下特点：机械特性由一组平行线构成。随着电枢电压的降低，机械特性的斜率不变，即转速落差△□不变，可以看出此时机械特性的硬度不变；但理想空载转

速n0降低。弱磁调速时的人工机械特性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>(保持电枢电压为额定电压，电枢不串电阻)由于在一般情况下，他励直流电机在额定磁通下工作，磁路已经接近饱和，此时只能通过降低磁通的方式来改变主磁通，所得到的人为机械特性与固有机械特性相比有如下特点：理想空载转速n0与磁通①成反比，即当磁通①下降时，n0上升。随着磁通①的下降，机械特性的斜率上升，可以看出此时机械特性将变软。现将三种情况下的变化特点总结如下:电枢回路串电阻改变电枢电压减弱磁通理想空载转速n0不变降低升高机械特性硬度变软不变变软附录1.直流电机机械特性的Matlab程序%直流电动机机械特性分析%下面输入电机基本数据：Un=220;In=60;Nn=1500;Ra=0.4;Ea=Un-In*Ra;CeIo=Ea/Nn;CtIo=9.55*CeIo;%下面输入电磁转矩的变化范围：Te=0:0.01:200;%下面输入电机数学模型：n=Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);%电枢回路外串不同电阻时的人工机械特性：forRad=0:0.5:1n=Un/CeIo-(Ra+Rad)*Te/(CeIo*CtIo);plot(Te,n,'-');holdonxlabel('Te(N*M)')ylabel('n(rpm)')endgridon%改变电枢电压时的人工机械特性：figurefork=[0.50.81]n=k*Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);plot(Te,n,'-');holdonxlabel('Te(N*M)')ylabel('n(rpm)')end