直流电机的起动与调速matlab.pdf

.他励直流电机的matlab仿真建模

一、实验目的与内容
掌握matlab/simulink模块中构建他励直流电机开环控制系统的方法

二、实验背景知识
1、MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，有效的解决了仿真技术中建模困难
的问题。在Simulink中，对系统进行建模变的非常简单，而且仿真过程是交互
的，可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用
MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果数据进行分析和可视化处理。

2、Simulink仿真模型的创建
（1）建立空白模型文档：
打开MATLAB软件，点击File->New->Model，创建一个新文件。

（2）从器件库选择元器件：

点击工具栏的，打开元器件库查找新的元器件，电机常用元器件在
SimPowerSystems中。

（3）直流电机的基本方程式：

Ua=E+RaIa
电磁转矩公式：电动势公式：
T=CTIaE=CEn

1

三、仿真模型的建立

1、元器件选取
序
名称对应元器件库
号

他励直流
1
电机

可调压
2
电枢电源

直流
3
励磁电源

4示波器

阶跃参数
5
信号

常数参数
6
信号

7增益模块

2
2、仿真模型

四、参数设定
（1）电机参数设定：

参数设定
参数符号数值
励磁电压Uf220V
电枢电压Ua160V
励磁电阻Rf146.7Ω
电枢电阻Ra1.27Ω
励磁和电枢互感Laf0.5107
转动惯量J0.2kgm2
粘滞摩擦系数Bm0
库仑摩擦转矩Tf0

（2）电枢电压设定（实验共仿真12秒）
调速：初始电枢电压为额定电压160V；6秒时调压调速，电枢电压降低为123.9V；
制动：初始电枢电压为额定电压160V；6秒时能耗制动，电枢电压降低为0。

3
五、实验仿真与思考
1、调压调速仿真

图1
由图1得：
（1）第6秒开始电枢电压减小，转速n降低，一段时间后，电机趋于稳定。实现改变
电枢电压调节转速。
（2）调速方向是往下调。
（3）调速的平滑性好，只要均匀地调节电枢电压就可以实现平滑的无级调速。

图2
由图2得：
（1）I调速前是稳定不变的。但在改变电枢电压瞬间I是变化的，之前的起动电流很
aa
大，从开始的下降到稳定，然后第6秒突然的下降到趋于0，然后又逐渐的上升一
段趋于稳定。

4
（2）调速的稳定性比改变电枢电阻调速要好，但随着电压的减小，转速的降低，稳定
性会逐渐变差。这是因为电枢电压减小时，机械特性的硬度虽然不变，但理想的空
载转速低，静差率逐渐变大。
（3）调速的范围大，允许负载为恒转矩负载。

2、能耗制动仿真

图3
能耗制动时，电枢与电源断开，立即与一制动电阻相连，电机在惯性或重物的拖动下处
于发电状态，将系统的动能转换成电能消耗在电枢电路内。
由图3得:
（1）电机转速在第6秒后迅速降至0，随后在重物的拖动下，电机趋于稳定，转速反
向。
（2）电枢与电源相连接，电动机拖动负载作电动机运行。这时电枢电流的方向与电枢
电压的方向一致，与电动势的方向相反，与电动势的方向相反，电磁转矩的方向与
转子的转向相同，为驱动转矩。
（3）一、三象限时，为电动机运行状态（转速和转矩同向），二、四象限时，发电机运
行状态（转速和转矩相反）。此时由电机运行状态变为发电机运行状态

5

图4
由图4得：
（1）由机械特性关系式，可知电枢电流I会由于n反向，引起E反向，使得I和T反向。
aa
起动电流最初依然很大，在第6秒时I突变并且反向，而后随着重物下方的速度增加，
a
E增加，I、T都增加，当T增加到等于负载转矩T时，I约2秒后进入稳定状态。
aLa
（2）电动机拖动的是位能性恒转矩负载，转速下降至零时，虽然转矩等于零，但在重物的
拖动下，电机将反向旋转。
（3）n反向，则E反相。I反向，产生与转向相反的电磁转矩。随着重物下放速度的增加。
a
E的增大，I增加，T增加，当T增加到等于重物形成的负载转矩T时，电动机稳定
aL
下放重物
3、思考：励磁和电枢互感是如何计算出来的？
Laf
答：
URI
Cnan
（3-1）
En
N
60
KC
E2E（3-2）
K
LE
afI（3-3）
f

说明：I—励磁电流；将以上参考数据带入式（3-1）（3-2）（3-3）中，得励磁和电
f

枢互感I0.5107H。
af

小结：通过本次仿真实验，我们学到了许多。在老师耐心的指导下，掌握了MATLAB
的基础应用，深化了对电机内部结构与工作原理的了解。
Simulink仿真模块构建了电机调速、制动模型，仿真出了相对应的一些参数曲线。对这
些曲线的研究，直