目錄

一、引言..............................................................2

1.1設(shè)計背景......................................................2

1.2設(shè)計目的......................................................2

二、設(shè)計的任務(wù)及要求..................................................2

2.1設(shè)計的主要工作................................................2

2.2設(shè)計要求......................................................2

三、流調(diào)速系統(tǒng)概述....................................................3

四、他勵式直流電動機的機械特性.......................................3

4.1機械特性的表達式...............................................3

4.2固有機械特性和人為機械特性....................................5

4.2.1、固有機械特性..............................................5

4.2.2人為機械特性................................................6

五、他勵式直流電動機弱磁調(diào)速.........................................9

5.1設(shè)計思路.......................................................9

5.2在MATLAB/simulink平臺上建立模型.............................9

5.4建模仿真.....................................................13

六、設(shè)計優(yōu)缺點分析...................................................M

七、設(shè)計總結(jié)、體會....................................

參考文獻..............................................

1

一、引言

1.1設(shè)計背景

在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中，電機工業(yè)是機械工業(yè)的一個重要組成部分，電機是機

電一體化中機和電的結(jié)合部位，是機電一體化的重要基礎(chǔ)，電機可稱為電氣化

的心臟。他對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用，并隨著國民經(jīng)濟和科學(xué)技

術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸?shù)雀餍袠I(yè)中，為了實現(xiàn)生

產(chǎn)工藝過程的各種要求，需要廣泛采用各種各樣的生產(chǎn)機械，大多數(shù)都采用電

動機拖動。直流電機更是在各種電力拖動場合廣泛應(yīng)用。

L2設(shè)計目的

習(xí)和掌握電機調(diào)速系統(tǒng)在MATLAB/simulink平臺上建模與仿真，充分認(rèn)識理

論知識對應(yīng)用技術(shù)的指導(dǎo)性作用，進一步加強理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實踐和

鍛煉。通過這次設(shè)計實踐能夠進一步加深對專業(yè)知識和理論知識學(xué)習(xí)的認(rèn)識和

理解，使自己的設(shè)計水平和對所學(xué)知識的應(yīng)用能力以及分析問題解決問題的能

力得到全面的提高。

二、設(shè)計的任務(wù)及要求

2.1設(shè)計的主要工作

1.選用中小容量的電動機及其外圍電路完成相應(yīng)的功能。

2.用MATLAB/simulink實現(xiàn)軟啟動的功能。

3.給出設(shè)計思路、畫出各程序適當(dāng)?shù)牧鞒虉D。

4.給出所有參數(shù)確定的原因。

5.完成設(shè)計說明書。

2.2設(shè)計要求

1.使用受控源方式給電機勵磁繞組上電。

2.形成的沖擊電流較小。

3.能在MATLAB/simulink平臺上建立模型。

2

4.能夠正確的調(diào)整系統(tǒng)各個模塊的參數(shù)使之兼容。

5.能夠有正確的仿真波形。

三、流調(diào)速系統(tǒng)概述

直流電動機的轉(zhuǎn)速和其他參量的關(guān)系可用式（3-1）表達

U-IR

n=----

K仲（3-1）

式中n---轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

U——電樞電壓，單位為V;

I——電樞電流，單位為A；

R一一電樞回路總電阻，單位為。；

①---勵磁磁通，單位為Wb；

儲一一由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。

由式（3T）可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。

（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。

（2）減弱勵磁磁通中。

（3）改變電樞回路總電阻R。

對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的

方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范

圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（電動機的額定轉(zhuǎn)速）以上作小范I韋I

的升速。

四、他勵式直流電動機的機械特性

4.1機械特性的表達式

他勵直流電動機的機械特性是指電動機在電樞電壓、勵磁電流、電樞回路

總電阻為恒值時，電動機在穩(wěn)定運行狀態(tài)下，電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩7-之

3

間的關(guān)系，即〃=/（4），或者說電動機的轉(zhuǎn)速n與電樞電流的關(guān)系

〃二/（〃），后者也就是轉(zhuǎn)速調(diào)整特性。由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都是機械量，所以把它

稱為機械特性。利用機械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，可以確定電動機在拖動系統(tǒng)的

穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，在一定條件下還可以利用機械特性和運動方程式來分析拖動系統(tǒng)的

動態(tài)運動情況，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及電流隨時間的變化規(guī)律，而且電動機的機械特

性對分析電力拖動系統(tǒng)的啟動、調(diào)速、制動等運行性能也是十分重要的。

圖47他勵式直流電動機的電路原理

圖4-1是他勵式直流電動機的電路原理。圖中U為外施電樞電壓，紇是電

樞電動勢，是電樞口流，（是電樞電阻，凡是電樞回路串聯(lián)電阻，是勵

磁電流，CD是勵磁磁通，是勵磁繞組電阻，右是勵磁回路串聯(lián)電阻。按圖

中表明的各個量的正方向，可以列出電樞回路的電壓平衡方程：

U=與十W(4-1)

式中，R=Ra+R；,為電樞回路總電阻。將電樞電動勢工代入式

（4-1）中，可得他勵式直流電動機的機械特性方程:

UR

n=卻=〃o-A/?(4-2)

CC①

式中，C、仁分別為電動勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，且。=9.55Q：〃。=U/C沖為

4

電磁轉(zhuǎn)矩QjO時的轉(zhuǎn)速，稱為理想空載轉(zhuǎn)速；加為轉(zhuǎn)速降。

當(dāng)電源電壓小常數(shù)，電樞回路總電阻火=常數(shù)，勵磁磁通。=常數(shù)時，根

據(jù)(4-2)式，求出他勵直流電動機的機械特性曲線，如圖4-2所示，它是一條

向下傾斜的直線，這說明當(dāng)加大電動機的負(fù)載，就會使電動機的轉(zhuǎn)速下降。

圖4一2他勵式直流電動機的機械特性

必須指出的是，電動機的實際空載轉(zhuǎn)速〃。比理想空載轉(zhuǎn)速〃。略低。這是因

為電動機由于摩擦等原因存在一定的空載轉(zhuǎn)矩心，空載運行時，電磁轉(zhuǎn)矩不可

能為零。它必須克服空載轉(zhuǎn)矩，即7m故實際空載轉(zhuǎn)速應(yīng)為

〃o=---------rTQ(4-3)

CgCeg①2

4.2固有機械特性和人為機械特性

電動機的機械特性可分為固有機械特性和人為機械特性

4.2.1、固有機械特性

固有機械特性是指當(dāng)電動機的電樞工作電壓和勵磁磁通均為額定值、電樞

5

回路中沒有串入附加電阻時的機械特性，其方程式為:

UR

(4—4)

-9一。6①2

固有機械特性曲線如圖4—3所示，由于《較小，則△〃也較小，所以他勵

直流電動機的固有機械特性是比較“硬”的。

0T。T

圖4-3他勵式直流電動機固有機械特性

4.2.2人為機械特性

人為機械特性是指人為地改變電動機電路中的某個參數(shù)或電動機的電樞電

壓值，而得到的機械特性，即改變式(4-2)的機械特性方程中的某些參數(shù)所

獲得的機械特性。

(1)電樞串電阻時的人為機械特性

保持。=①二①可不變，在電樞回路中串入電阻與”時的人為機械特

性方程為

(4一5)

3G*

與固有特性相比，電樞串電阻時人為機械特性的理想空載轉(zhuǎn)速〃。不變，但

6

特性變軟。改變A”的大小，可以得到一組通過理想空載轉(zhuǎn)速點〃。并具有不同

斜率的人為機械特性，如圖4—4所示。

圖4一4他勵式直流電動機電樞回路串電阻時的機械特性

（2）降低電樞電壓時的人為機械特性

保持①=中心R=此不變，改變電樞電壓U時的人為機械特性方程為

U此

n=-------(4——6)

C0VCCS

電動機的工作電壓以額定電壓為上限，只能在低于額定電壓的范圍內(nèi)改變

電壓。與固有特性比較，降低電壓時人為機械特性的斜率不變，但理想空載轉(zhuǎn)

速〃。隨電壓的降低而正比減小。因此，降低電壓時的人為機械特性是位于固有

機械特性下方且與固有特性平行的一組直線，如圖4-5所示。

7

圖4一5他勵式直流電動機改變電樞電壓時的機械特性

（3）減弱勵磁磁通時的人為機械特性

改變勵磁回路調(diào)節(jié)電阻凡,就可以改變勵磁電流，從而改變勵磁磁通。由于

電動機額定運行時磁路已經(jīng)開始飽和，再增加脫磁電流會使點擊的磁路飽和，

磁通也不會明顯增加，點擊的鐵耗增加，導(dǎo)致電機發(fā)熱。收勵磁繞組發(fā)熱條件

的限制，勵磁電流也不允許再大幅度地增加，因此，只能在額定值以下減小勵

磁電流，減弱勵磁磁通。

保持R=&不變,電樞回路不串電阻，減弱磁通時的人為機械特

性為

4&

n=(4—7)

c@CC①2

減弱勵磁磁通是的機械特性如圖4—6所示。

8

圖4-6他勵式直流電動機減弱勵磁磁通時的機械特性

五、他勵式直流電動機弱磁調(diào)速

5.1設(shè)計思路

首先在勵磁繞組中加入額定勵磁電流，以建立滿載主磁場，確保一旦電樞

電流加入所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大，有利于快速起動，待主磁場建立之后再加入

電樞電壓。待電動機正常運行后，逐漸減小勵磁繞組兩端的電壓，已逐步減小

勵磁電流，從而使主磁通減弱，達到弱磁調(diào)速的孑的。

5.2在MATLAB/simulink平臺上建立模型

他勵式直流電動機弱磁調(diào)速系統(tǒng)在MATLAB/simulink平臺上建立模型如圖

5—1所示。

9

圖5—1他勵式直流電動機弱磁調(diào)速系統(tǒng)在MATLAB/simulink平臺上的建模

5.3模型中各模塊的參數(shù)設(shè)置

1.定時器參數(shù)設(shè)置:

研SourceBlockParameters:Timerl

Tizier(ziamk；-link)

Generatesasignalchangingatspecifiedtines.

Ifasignalvalueisnotspecifiedattiziezero,the

outputiskeptat0untilthefirstspecified

transitiontine.

Parameters

OK.CancelHelp

圖5-2Timerl參數(shù)

10

0SourceBlockParameters:Timer2

Tiaer(mask?(link；

Generatesasignalchangingatspecifiedtizies.

Zfasignalvalueisnotspecifiedattinezero,the

outputiskeptat0untilthefirstspecified

transitiontine.

Paraneters

OKCancelHelp

圖5-3Timer2參數(shù)

2.常數(shù)設(shè)置：

0SourceBlockParameters:Constant

圖5-4Constant參數(shù)

11

QSourceBlockParameters:Constantl

圖5-5Constantl參數(shù)

3.ControlledVoltageSource參數(shù)設(shè)置

圖5-6ControlledVoltageSource參數(shù)

12

￡BlockParameters:ControlledVoltageSource

ControlledVoltageSource=ask；(link；

ConvertstheSiaulinkinputsignalintoanequivalentvoltagesource.Thegenerated

voltageisdrivenbytheinputsigna