1、華東交通大學(xué)理工學(xué)院他勵(lì)直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與仿真課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)華東交通大學(xué)理工學(xué)院課設(shè)題目：他勵(lì)直流電機(jī)仿真姓名：xxx班級(jí)：電牽一班學(xué)號(hào)：xx指導(dǎo)老師：xxx 目錄摘要01數(shù)學(xué)模型的建立12仿真模型建立與設(shè)計(jì)13他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的外特性與調(diào)整仿真.24電路仿真輸出195總結(jié)24參考文獻(xiàn)25摘要他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞沒(méi)有電的聯(lián)系，勵(lì)磁電路是由另外直流電源供給的。因此勵(lì)磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在生活中的應(yīng)用十分廣泛。憑借其調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性硬的特點(diǎn)，在造紙，印刷，紡織，冶金等多種領(lǐng)域被大量使用。本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練在初始條件給定的情況下，通過(guò)Matlab軟件，運(yùn)用

2、Simulink畫(huà)出該他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的電路圖，并進(jìn)行仿真操作。關(guān)鍵詞：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，仿真設(shè)計(jì)，matlab1數(shù)學(xué)模型的建立（1）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程中電樞電流ia、勵(lì)磁電流if、轉(zhuǎn)速可用下列方程描述：相應(yīng)的上述時(shí)域方程在零初始條件下，其拉式變換，即頻域數(shù)學(xué)模型為：（2）此模型中勵(lì)磁電流保持常值不變，即梳控。在此前提下相應(yīng)的頻域數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化為：本模型中有：TL=2 變成頻域方程即：2仿真模型建立與設(shè)計(jì)本次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練的題目是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)模型與仿真設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)在于搭建模擬仿真電路。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行需要穩(wěn)定的電源與勵(lì)磁電源以及反饋，而我們需要觀測(cè)的數(shù)據(jù)可用電表或者示波器進(jìn)行觀測(cè)。綜合

3、以上信息，可以設(shè)計(jì)出電路圖，如圖1所示圖1接下來(lái)只需在matlab中按圖搭接好電路，并按照電動(dòng)機(jī)150KW，n=1000r/min, I=700A, Ra=0.05歐。電源電壓220V，電感為2mH，電阻為0.08歐，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2=125kg·m2的參數(shù)給電路各模塊進(jìn)行賦值，然后仿真即可。3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作特性實(shí)驗(yàn)（3）.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。2、掌握測(cè)定他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在不受載荷時(shí)能量損耗的方法。(3）.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性測(cè)定 2、電機(jī)的效率特性測(cè)定 3、電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性測(cè)定 4、電機(jī)在空載時(shí)損耗的測(cè)定(3).3實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的原

4、理 當(dāng)兩端電壓U和UN 相等且二者均為常數(shù)，還有電樞回路里不串聯(lián)接入額外的附加電阻，以及勵(lì)磁電流If 和IfN相等且為常數(shù)時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度n，電磁轉(zhuǎn)矩T以及機(jī)械效率h與輸出功率P2的關(guān)系即為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性。即n、T、h=f（P2）。在實(shí)際運(yùn)行中，由于電樞電流Ia較易測(cè)得，而Ia隨著P2的增加而增大，故直流電動(dòng)機(jī)的工作特性也可表示為n、T、h=f（Ia）。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性分別稱為速度特性、轉(zhuǎn)矩特性和效率特性。速度特性是指電壓U=UN =常數(shù)、勵(lì)磁電流If=IfN =常數(shù)時(shí)，n=f（P2）的關(guān)系曲線。從直流電動(dòng)機(jī)速度特性表達(dá)式可見(jiàn)，在U和If均為常數(shù)的條件下，當(dāng)電樞電

5、流Ia增加時(shí)，IaRa使n趨于下降，而去磁的電樞反應(yīng)則使轉(zhuǎn)速趨于上升，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有略為下降的速度特性。轉(zhuǎn)矩特性是指電壓U=UN =常數(shù)、勵(lì)磁電流If=IfN =常數(shù)時(shí)，T=f（P2）的關(guān)系曲線。由轉(zhuǎn)矩特性表達(dá)式可見(jiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為常數(shù)時(shí)，T=f（P2）是一條直線。但實(shí)際上P2增大時(shí)，轉(zhuǎn)速略有下降，故T=f（P2）將略為向上彎曲。效率特性是指電壓U=UN=常數(shù)、勵(lì)磁電流If =IfN =常數(shù)時(shí)，h=f（P2）的關(guān)系曲線。求取效率特性時(shí)，需測(cè)量電動(dòng)機(jī)的冷態(tài)電樞電阻、周圍介質(zhì)溫度以及電動(dòng)機(jī)的空載損耗。為了測(cè)取空載損耗，則需拆開(kāi)聯(lián)軸器，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓UN 、額定勵(lì)磁電流I

6、fN情況下單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，讀取直流電動(dòng)機(jī)的空載電流和轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的效率式中：P1電動(dòng)機(jī)輸入功率。 P2電動(dòng)機(jī)輸出功率?？筛鶕?jù)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)速和電樞電流，從其校正曲線上查出。電動(dòng)機(jī)的空載損耗1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備如表4-1所示。表(3)-1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)型 號(hào)名 稱數(shù) 量1MET01電源控制屏1臺(tái)2DD03不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表1件3DJ23校正直流測(cè)功機(jī)1 臺(tái)4DJ13直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)1 臺(tái)5D51波形測(cè)試及開(kāi)關(guān)板1 件(3).3 實(shí)驗(yàn)方法 1、觀察自勵(lì)過(guò)程 1）先切斷電樞電源，然后斷開(kāi)勵(lì)磁電源使電機(jī)MG停機(jī)，同時(shí)將啟動(dòng)電阻調(diào)回最大值，磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻調(diào)到最小值為下次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。在斷電

7、的條件下將發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁方式從他勵(lì)改為并勵(lì)，接線如圖2-4所示。選用的900電阻兩只相串聯(lián)并調(diào)至最大阻值，打開(kāi)開(kāi)關(guān)S。 2）先接通勵(lì)磁電源，然后啟動(dòng)電樞電源，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用直流電壓表測(cè)量發(fā)電機(jī)是否有剩磁電壓，若無(wú)剩磁電壓，可將并勵(lì)繞組改接成他勵(lì)方式進(jìn)行充磁。 3）合上開(kāi)關(guān)S逐漸減小，觀察發(fā)電機(jī)電樞兩端的電壓，若電壓逐漸上升，說(shuō)明滿足自勵(lì)條件。如果不能自勵(lì)建立電壓，將勵(lì)磁回路的兩個(gè)插頭對(duì)調(diào)即可6。 4）對(duì)應(yīng)著一定的勵(lì)磁電阻，逐步降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)電壓隨之下降，直至電壓不能建立，此時(shí)的轉(zhuǎn)速即為臨界轉(zhuǎn)速。2、測(cè)外特性圖(3)-1 直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)接線圖 1）按

8、圖4-1接線。調(diào)節(jié)負(fù)載電阻到最大,合上負(fù)載開(kāi)關(guān)。 2）調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻、發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻和負(fù)載電阻，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、輸出電壓和電流三者均達(dá)額定值，即，。記錄此時(shí)的勵(lì)磁電流值，即為額定勵(lì)磁電流。 3）保持額定值時(shí)的阻值及不變，逐次減小負(fù)載，直至=0，從額定到空載運(yùn)行范圍內(nèi)每次測(cè)取發(fā)電機(jī)的電壓和電流。 4）共得出數(shù)據(jù)如表（3）-2所示。表（3）-2 =常值（V）200215228238246253（A）0.50.40.30.20.10（3）.4 注意事項(xiàng) 1、直流電動(dòng)機(jī)MG起動(dòng)時(shí)，一定要注意須將調(diào)到最大，調(diào)到最小，先接通勵(lì)磁電源，觀察到勵(lì)磁電流為最大后，然后再接通電樞電源，使MG起動(dòng)運(yùn)

9、轉(zhuǎn)。起動(dòng)完畢，應(yīng)將調(diào)到最小。2、做外特性時(shí)，當(dāng)電流超過(guò)0.4A時(shí),要將中串聯(lián)的電阻調(diào)至零并用導(dǎo)線短接,以免電流過(guò)大引起變阻器損壞。3、觀察自勵(lì)過(guò)程。4、測(cè)外特性 保持使=常數(shù)，測(cè)取(3).5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果由驗(yàn)數(shù)據(jù)作出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性曲線，如圖(3)-3所示。圖(3)-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性曲線 由圖(3)-3可以看出，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的外特性曲線是一條隨電流的增加快速下垂的曲線，即有載時(shí)的端電壓比空載時(shí)的端電壓低，這是由以下原因引起的：第一，負(fù)載增加時(shí)，電樞回路電阻壓降增加，由式，隨著的增加要降低；第二，電樞反應(yīng)的去磁作用，使氣隙磁通量減少，電樞繞組電動(dòng)勢(shì)隨之減小，引起下降。第三，他勵(lì)直流電動(dòng)

10、機(jī)的勵(lì)磁繞組是跨接在電樞兩端的，由于發(fā)電機(jī)輸出端電壓下降，造成勵(lì)磁電流的減小，磁通的減小，電樞電動(dòng)勢(shì)降低，又導(dǎo)致端電壓進(jìn)一步下降，所以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性曲線下垂的更多更快。3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)工作特性仿真3.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)自激的仿真3.1.1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的自勵(lì)過(guò)程一般電機(jī)的主磁極鐵心中有剩磁存在。當(dāng)電機(jī)空載，并由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中馬上就會(huì)感應(yīng)出一個(gè)微小的電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)作用于勵(lì)磁回路就會(huì)產(chǎn)生微弱的勵(lì)磁電流。如勵(lì)磁繞組和電樞兩端的鏈接與電樞旋轉(zhuǎn)方向配合適當(dāng)，是勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁勢(shì)方向和生剩磁方向一致，氣隙磁通就會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，電樞電壓隨之逐步建立起來(lái)7。由此看出，并勵(lì)發(fā)電機(jī)是一個(gè)電壓

11、直接反饋系統(tǒng)，它的自勵(lì)建壓過(guò)程是一種反饋?zhàn)饔?。既把輸出量（剩磁電壓）回饋到輸入端（?lì)磁繞組），產(chǎn)生勵(lì)磁電流，以加強(qiáng)系統(tǒng)的輸入量（氣息磁場(chǎng)），使發(fā)電機(jī)依靠剩磁自勵(lì)建立的電壓逐步升高起來(lái)。但這個(gè)依靠自勵(lì)建起的電壓能否達(dá)到所需的穩(wěn)定值，還需對(duì)自勵(lì)過(guò)程做進(jìn)一步分析。圖 3-1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的自勵(lì)1空載曲線；2勵(lì)磁電阻線；3臨界電阻線圖 5-2 臨界電阻與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系直流電機(jī)的空載電壓與勵(lì)磁電流首先必須滿足圖5-1所示的空載曲線。另外，勵(lì)磁回路電壓方程為式（5-1）,即 （5-1）式（5-1）中，是勵(lì)磁回來(lái)總電阻。方程（5-1）是勵(lì)磁回路電阻線，如圖中曲線2所示，它的斜率為 。所以，空載電壓與勵(lì)磁電

12、流必須同時(shí)滿足空載曲線和勵(lì)磁電阻線，其交點(diǎn)就是并勵(lì)發(fā)電機(jī)空載電壓的穩(wěn)定工作點(diǎn)。在建立電樞電壓的過(guò)程中，勵(lì)磁電流一直在上升，此勵(lì)磁回路的電壓平衡方程為式（3-2），即 （3-2）式（3-2）中是勵(lì)磁繞組的電感。由圖3-1可見(jiàn)，電壓和電阻壓降之差，就是勵(lì)磁繞組的自感電壓L。當(dāng)時(shí)，勵(lì)磁電流及電樞感應(yīng)電勢(shì)不斷上升，電樞端電壓不斷增高；當(dāng)時(shí)，如圖中曲線1和直線2的交點(diǎn)A此時(shí)勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的勵(lì)磁電壓正好與勵(lì)磁回路中的電阻壓降相平衡，勵(lì)磁電流不再增大，發(fā)電機(jī)的電壓穩(wěn)定于土中A點(diǎn)，這時(shí)發(fā)電機(jī)已經(jīng)建立起正常電壓。由圖3-1可見(jiàn)，當(dāng)增加勵(lì)磁回路中的電阻時(shí)，可以使回路的總電阻變大，即增加電阻的斜率，則交點(diǎn)A將沿著空

13、載特性曲線向原點(diǎn)移動(dòng)，空載電壓逐步下降，當(dāng)電阻線與空載特性曲線的直線部分重合時(shí)，便沒(méi)有固定的交點(diǎn)，空載電壓不穩(wěn)定，如圖中的直線3，此種狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)，丟贏得勵(lì)磁電阻稱為臨界電阻（臨界場(chǎng)阻）。由于對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)有不同的空載特性，因而也有不同的臨界電阻。圖3-2中未對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速的臨界電阻，為對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速的臨界電阻8。由此可見(jiàn)，并勵(lì)發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自勵(lì)還必須使勵(lì)磁回路的總電阻小于與電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的臨界電阻。綜上分析，并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)建起穩(wěn)定電壓必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件，缺一不可。（1）電機(jī)內(nèi)部應(yīng)有剩磁 剩磁電壓一般約為額定電壓的2%5%。使用中的電機(jī)，如果剩磁太弱或已消失，可用其他直流電源向勵(lì)磁

14、繞組通電“充磁”使電機(jī)重新獲得剩磁。（2）勵(lì)磁繞組對(duì)電樞繞組的接法應(yīng)與電樞旋轉(zhuǎn)方向配合正確，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生的勵(lì)磁方向一致。如發(fā)現(xiàn)接入后電樞電壓不僅不不能升高，反而降低，則表明接法有誤，此時(shí)應(yīng)將勵(lì)磁繞組接到電樞的兩個(gè)端子對(duì)調(diào)。（3）勵(lì)磁回路的總電阻應(yīng)小于發(fā)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的臨界電阻。一般發(fā)電機(jī)都在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，因此，應(yīng)調(diào)節(jié)，使總電阻應(yīng)小于額定轉(zhuǎn)速時(shí)的臨界電阻。3.1.2 建立數(shù)學(xué)模型由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)自激原理，設(shè)置一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓為230V，額定轉(zhuǎn)速為980r/min，勵(lì)磁繞組的電阻和電感分別為22.8歐和12H，電樞繞組的電阻和電感忽略不計(jì)。在額定轉(zhuǎn)速下建模仿真電機(jī)的自激過(guò)程并求出穩(wěn)

15、態(tài)電壓。數(shù)據(jù)如表5-1所示。表5-1 勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)數(shù)據(jù)023.24.85.56.58.211.75100150200220244255291假設(shè)發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為，如圖5-3所示，當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，該電動(dòng)勢(shì)在勵(lì)磁繞組和電樞繞組構(gòu)成的閉合回路中產(chǎn)生電流，對(duì)該回路列寫(xiě)基爾霍夫電壓方程，即 （5-3）圖3-3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)方程式（3-3）就是發(fā)電機(jī)自激的數(shù)學(xué)模型。方程（3-3）中，空載電動(dòng)勢(shì)與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系即電機(jī)的空載特性曲線，可以根據(jù)已知的空載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)并通過(guò)曲線擬合求得。求解上述微分方程可以得到自激過(guò)程中勵(lì)磁電流、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化規(guī)律。3.1.3 MATLAB程序設(shè)計(jì)MATLAB

16、程序設(shè)計(jì)包括建立自激過(guò)程微分方程的M函數(shù)和求解自激過(guò)程微分方程的腳本函數(shù)兩個(gè)方面。其中M函數(shù)文件包括賦初值、定義變量、數(shù)據(jù)處理、列微分方程等幾個(gè)步驟9。而解方程的腳本函數(shù)實(shí)際上是執(zhí)行M函數(shù)文件的一系列指令的集合，包括指定算法、特性曲線繪制和穩(wěn)態(tài)電壓計(jì)算等幾個(gè)步驟。MATLAB仿真程序如下：（1） 自激過(guò)程微分方程的M函數(shù)% 編寫(xiě)建立自激過(guò)程微分方程的M函數(shù) % 將該M函數(shù)定義為sh-ge-se-ex-ode(shunt-generator-self-excited-ode) % 首先指定全局變量 global a1 a2 a3 a4 Rf % 下面輸入電機(jī)基本數(shù)據(jù) lf=22;Rf=22.8

17、% 下面輸入空載特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（Ifdata是勵(lì)磁電流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Eadata % 是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)） ifdata=0,2,3.2,4.8,5.5,6.5,8.2,11.7; eadata=10,100,150,200,220,244,266,281; % 下面進(jìn)行曲線擬合 a=polyfit(Ifdata,Eadata,3); %求取空載特性的多項(xiàng)式擬合系a(i) % 下面列寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)形式微分方程并將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用勵(lì)磁電流的擬合多項(xiàng)式% 函數(shù)表示這里的a(1)、a(2)、a(3)、a(4)是指上一步的多項(xiàng)式擬合系數(shù) % a(i) % 給全局變量賦值 a1=a(1)、a2=a(2)、a3=a(

18、3)、a4=(4)； % 求解自激過(guò)程微分方程的腳本函數(shù) % 將該腳本函數(shù)定義為sh-ge-ex-so(shunt-generator-self-excited-solver) % 選擇微分方程解算指令ode23() t,iff=ode23(sh-ge-se-ex-ode,0 10,0) % 指定全局變量（注意全局變量必須在同時(shí)使用的多個(gè)函數(shù)中同時(shí)指定）global a1 a2 a2 a4 Rf% 繪圖（這里采用多子圖法同時(shí)繪制ea=f(if)、uf=f(if)、ea=f(t)、if=(t)等%多條曲線）% 首先繪制ea=f(if)和uf=f(if)曲線subplot(3,1,1)ea=a1*

19、iff.3+a2*iff.2+a3*iff.1+a4;plot(iff,ea)hold onuf=Rf.*iff;plot(iff,ea) hold on uf=Rf.*iff; plot(iff,uf,r);%r表示用紅色顏色繪制曲線% 下面指定縱橫軸標(biāo)簽xlabel(IfA) yabel(EaUfV) % 下面繪制if=f(t)曲線 subplot(3,1,3) plot(t,iff); xlabel(TimeT) ylabel(IfA) % 下面繪制ea=f(t)曲線 subplot(3,1,2), plot(t,iff.3+a2*iff.2+a3*iff.1+a4)； xlabel(T

20、imeT) ylabel(eaV) % 下面計(jì)算勵(lì)磁電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值，然后通過(guò)MATLAB指令窗口% 讀取二者的穩(wěn)態(tài)值iff,a1*iff.3+a2*iff.2+a3*iff.1+a45.1.4 仿真結(jié)果在MATLAB主程序窗口運(yùn)行腳本函數(shù)名，可以得到求解結(jié)果，包括穩(wěn)態(tài)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及仿真波形。iff=12.8672ea=293.5366仿真波形如圖33所示。圖3-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)自激過(guò)程由圖可以看出勵(lì)磁電流、電動(dòng)勢(shì)都是隨時(shí)間而增加的。磁場(chǎng)增強(qiáng)，電樞電動(dòng)勢(shì)增加，電壓加大，隨時(shí)間如此下去，電樞繞組產(chǎn)生的電壓慢慢升高；由于電機(jī)磁路具有飽和特性，磁路飽和后，磁通量不再增大，電壓也不再升高，

21、得到一個(gè)穩(wěn)定值。3.1.5仿真結(jié)果發(fā)電機(jī)自激過(guò)程仿真結(jié)果如圖5-10所示。圖3-10 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)自激過(guò)程仿真結(jié)果 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真可以得出以下結(jié)論：兩種方式下仿真出來(lái)的結(jié)果均與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通方向與剩磁通方向相同，磁場(chǎng)增強(qiáng)，電樞電動(dòng)勢(shì)增加，電壓加大，隨時(shí)間如此下去，電樞繞組產(chǎn)生的電壓慢慢升高；由于電機(jī)磁路具有飽和特性，磁路飽和后，磁通量不再增大，電壓也不再升高，得到一穩(wěn)定值。 3.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性的仿真3.2.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性分析他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的外特性，是指轉(zhuǎn)速n=常數(shù)、勵(lì)磁回路總電阻不變時(shí)的曲線。外特性也可用圖所示線路用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。在發(fā)電機(jī)建立電壓后，合上開(kāi)關(guān)

22、Q，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻以改變負(fù)載電流I。并勵(lì)發(fā)電機(jī)的電壓變化率約在20%30%之間，當(dāng)負(fù)載電流由零開(kāi)始增加時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的外特性比他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的外特性下降得快。因?yàn)椴?lì)發(fā)電機(jī)的電壓隨負(fù)載電流的增加而下降的原因，除與他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)同樣有電阻壓降和電樞反應(yīng)區(qū)磁兩個(gè)因素外，還有第三個(gè)因素，那就是由以上兩個(gè)因素引起的電壓下降又導(dǎo)致勵(lì)磁電流的降低，這一因素在磁路飽和時(shí)引起的電壓下降較小，但當(dāng)負(fù)載電阻減小到一定程度，電樞電壓下降較大，勵(lì)磁電流明顯減小了，磁路推出飽和，這樣第三因素的影響就加大了。當(dāng)再減小到一定程度，由于勵(lì)磁電流下降導(dǎo)致電樞電壓降低，使負(fù)載電流不增加，反而隨的減小而減小。當(dāng)變?yōu)榱銜r(shí)，電樞電壓

23、也變?yōu)榱?，這時(shí)的短路電流實(shí)際上僅由剩磁電壓產(chǎn)生，其數(shù)值較小10。3.2.2 建立數(shù)學(xué)模型由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原理，設(shè)置一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓為220V，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，勵(lì)磁電流為22.8A，勵(lì)磁繞組的電阻為293/12;已知它在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的外特性數(shù)據(jù)如表5-2所示。表5-2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的外特性00.41.01.62.03.08.512154388130150193.5290291直流發(fā)電機(jī)的外特性是指電機(jī)負(fù)載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)端電壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系式，即 （3-4）根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式（5-5），即 （3-5）需要指出的是，對(duì)并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，E將不再為常數(shù)，這時(shí)候負(fù)

24、載變化導(dǎo)致電壓的變化規(guī)律將更加復(fù)雜。因此研究并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性可以從以下幾步入手。首先，以勵(lì)磁電流作為自變量并假設(shè)其變化范圍，然后通過(guò)查找電機(jī)的空載特性,得到對(duì)應(yīng)勵(lì)磁電流下的發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。其次，根據(jù)勵(lì)磁支路伏安關(guān)系確定相應(yīng)的工作電壓。再次，根據(jù)負(fù)載支路伏安關(guān)系確定相應(yīng)的負(fù)載電流。最后，根據(jù)上述工作電壓和負(fù)載即可求取發(fā)電機(jī)的外特性。3.2.3 MATLAB程序設(shè)計(jì)% 直流發(fā)電機(jī)外特性分析% -% 下面輸入電機(jī)基本數(shù)據(jù)% nN發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，IfN勵(lì)磁電流，Rf勵(lì)磁電阻，k電樞反應(yīng)系數(shù) nN=1000;IfN=2.5;Rf=293/12;Ra=1.8;k=.1;E0=271% 下面輸入750r/m

25、in時(shí)的空載特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)（Idata是勵(lì)磁電流，Eadata是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）Ifdata= 0, 0.4, 1.0, 1.6, 2.0, 3.0, 8.5 12; Eadata=15, 43, 88, 130, 150, 193.5, 290, 291 ; %- % 下面進(jìn)行空載特性擬合p=polyfit(Ifdata,Eadata,3);If=0:.01:12;% 進(jìn)行勵(lì)磁電流參數(shù)重新設(shè)置Ea=polyval(p,If);% 計(jì)算對(duì)應(yīng)于擬合曲線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)%-%計(jì)算端電壓和負(fù)載電流U=If*Rf;Ia=(Ea-U)/Ra;I=Ia-If;計(jì)算并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性plot(I,U，) hold o

26、naxis(0,100,0,300)xlabel(IA)ylabel(UA) %-3.2.4 仿真結(jié)果他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)外特性仿真曲線如圖5-11所示。實(shí)例圖3-11 直流發(fā)電機(jī)外特性 有圖3-11可以看出，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)端電壓隨負(fù)載電流的增大而降低，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是完全一致的，由外特性可見(jiàn)，隨著負(fù)載電流的增加，端部輸出電壓下降。原因：負(fù)載電流增加，電阻壓降增加；電樞反應(yīng)的去磁作用增強(qiáng)造成每極磁通減小，引起感應(yīng)電勢(shì)下降。3.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)整特性的仿真3.3.1建立數(shù)學(xué)模型由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)原理設(shè)置一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓為220V，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，勵(lì)磁電流為22.8A，勵(lì)磁繞組的電阻

27、為293/12;已知它在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的空載特行數(shù)據(jù)如表3-3所示。表3-3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的空載特性00.41.01.62.03.08.512154388130150193.5290291直流發(fā)電機(jī)的調(diào)整特性是指在,的條件下，負(fù)載電流和勵(lì)磁電流之間的關(guān)系曲線，即 （5-6）從原理上講，不同勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)其調(diào)整特性與相應(yīng)的外特性正好相反?？梢愿鶕?jù)外特性的變化，進(jìn)一步得到調(diào)整特性的變化規(guī)律16。3.3.2 MATLAB程序設(shè)計(jì)MATLAB程序dc-ge-set.m如下：% 直流發(fā)電機(jī)調(diào)整特性分析% 將該函數(shù)定義為dc-ge-set(dc-generator-set)%-% 下面輸入電機(jī)基本數(shù)據(jù)UN

28、=250;IfN=2.5;Rf=293/12;Ra=1.8;k=.1;% 下面輸入750r/min時(shí)的空載特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（Ifdata是勵(lì)磁電流，Eadata是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）Ifdata= 0, 0.4, 1.0, 1.6, 2.0, 3.0, 8.5 12; Eadata=15, 43, 88, 130, 150, 193.5, 290, 291 ;%-% 下面進(jìn)行空載特性曲線擬合p=polyfit(Eadata,Ifdata,3);%-Iab=0:.01:100;Eab=UN+Iab*Ra;Ifb=polyval(p,Eab);Ib=Iab-Ifb;plot(Ib,Ifb)hold on %-3.3.3 仿真結(jié)果 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)整特性的仿真曲線如圖5-12所示。圖3-12 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性 由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)整特性曲線可以看出，發(fā)電機(jī)的端電壓隨著負(fù)載電流的增加而增加。由前面做的外特性實(shí)驗(yàn)可知，隨著負(fù)載電流的增加，發(fā)電機(jī)的端電壓降下降。為了維持端電壓不變，必須增加勵(lì)磁電流以抵消電樞反應(yīng)的去磁作用引起的壓降和電樞回路的電阻引起的壓降。所以通過(guò)調(diào)整勵(lì)磁電流的大小便可以得到恒定的輸出電壓。4.真輸出1.打開(kāi)MATLAB操作軟件，點(diǎn)擊工具欄中的Simulink圖標(biāo)進(jìn)入Simulink的操作環(huán)境。2.彈出Simulink Library Brow