直流电机运行特性分析(薛升俊蔡旭阳王镒川)

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

课程设计说明书（论文）

课程名称：电机学实验与仿真

设计题目：直流电机运行特性地分析院系：电气工程及自动化学院班级： 0806108班

设计者：薛升俊.蔡旭阳.王镒川学号： 1080610829 1080610824 1080610820 设计时间： 2011年1月3日

哈尔滨工业大学

目录

1. 仿真目地 (3)

2. 仿真原理与内容 (4)

2.1. 并励电动机地运行特性 (4)

2.2. 串励电动机地运行特性 (6)

2.3. 积复励电动机地运行特性 (7)

2.4. 差复励电动机地运行特性 (9)

3. 仿真结论 (12)

4. 仿真感想 (13)

5. 源程序 (14)

1.仿真目地

1.通过对不同励磁方式直流电动机地运行特性地分析比较,掌握因

励磁方式地不同对直流电机特性地影响；

2.应用MATLAB语句进行软件编程,对直流电机地运行特性进行了仿

真分析,表明MATLAB语言可作为电机仿真分析中地一种方便.快捷.有力工具；

3.通过建模.仿真,加深对直流电机运行特性地直观认识和理解地同

时,熟悉了MATLAB进行工程分析地方法与运用.

2. 仿真原理与内容

直流电动机地运行特性包括工作特性和机械特性（即转速—转矩特性）.直流电动机地工作特性是指N U U =,励磁不变,电动机地转矩.

转速.效率与电枢电流或者输出功率地关系曲线.直流电动机地机械特性是指N U U =,fN f I I =,电枢回路电阻为常数时,转速与转矩之间地

关系曲线)(e T f n =.

由于直流电机地运行性能因励磁方式地不同有很大差异,我们将其分为四类,分别加以研究其转速特性和机械特性.

并励电动机地运行特性

转速特性)(a I f n =,并励电动机地工作特性是在电动机地端电压N U U =.励磁电流fN f I I =地条件下得到地,我们仅分析电动机地转速

n 与输出功率地关系)(2P f n =.由于在实际运行中a I 较易测得,且a I 随着2P 地增大而增大,故可以把工作特性表示为)(a I f n =.

由电动势公式和电压方程可以得到转速地数学表达式为a e a e e a I C R C U C E n φφφ-==

根据上面建立地数学表达式模型,我们用matlab 进行仿真,可得其图像如下：

由仿真图像可知,随着输入电流地增大,并励电动机有稍微下降地转速特性.这是由于影响并励电动机转速地因素有两个：一是电枢电阻压降,二是电枢反应.当电动机地负载增加时,电枢电流增大,a a R I 使电动机地转速趋于下降.与此同时,电枢反应有去磁作用,使转速趋于上升.这两个因素对转速地影响部分地抵消,使并励电动机地转速变化很小.实际中,为保证并励电动机地稳定运行,常使它具有如图所示地稍微下降地转速特性.

值得注意地是,并励电动机在运行地时候,励磁绕组绝对不能断开.若励磁绕组断开,0=f I ,主磁通讲迅速下降到剩磁通,使电枢电流迅速增大.此时若负载为轻载,电动机转速迅速上升,造成“飞车”现象；若负载为重载,所产生地电磁转矩克服不了负载转矩,电动机可能停转,使电枢电流增大到启动电流,引起绕组过热而将电动机烧毁.这两种情况都是危险地.

机械特性)(e T f n = 并励电动机地机械特性是指N U U =,励磁回路电阻f R =常值时,电动机地转速与电磁转矩地关系)(e T f n =.由电磁转矩公式和电动机地电压方程推出

e T e a e T C C R C U n 2φφ-=

根据建立地数学表达式模型,我们用matlab 对其进行仿真,得到其图像如下

由图像可知,并励电动机地转速随所需地电磁转矩地增加而稍有变化,若不计磁饱和,并励电动机地机械特性为稍微下降地直线；若计磁饱和,交轴电枢反应地去磁作用使曲线地下降程度减小,甚至可以变成水平或者上翘地曲线.我们称这种特性为硬特性.

串励电动机地运行特性

转速特性)(a I f n =,串励电动机地工作特性是在电动机地端电压N U U =条件下测得地.串励时I I I a s ==,电机地磁化曲线近似为s s I K =φ,则从转速公式知s e s a a s e e s a a K C R R I K C U C R R I U n +-=+-=1)(φ

根据建立地数学表达式模型,我们用matlab 对其进行仿真,得到其图像如下

由仿真图像可知,n 与a I 大体成双曲线关系.这是由于负载增大时,a I 增加,使电枢回路地电阻压降)(s a a R R I +增大,此时串励磁动势和主磁场亦同时增大,这两个因素都促使转速下降,所以串励电动机地转速随负载地增大而迅速下降.

需要注意地是,串励电动机不允许空载运行.这是因为空载时I 很小,主磁通也很小,使转速极高,产生“飞车”现象,这是不允许地.

机械特性)(e T f n = 串励电动机地机械特性是指N U U =,电动机地转速与电磁转矩地关系)(e T f n =.由电动机地电压方程可得I R R n K C R R I n C R R I E U s a s e s a e s a a a )()()(++=++=++=φ （式中s s I K =φ）再由电磁转矩a T e I C T φ= 我们可以得到⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡+-=)(1s a e s T s e R R U T K C K C n 根据建立地数学表达式模型,我们用matlab 对其进行仿真,得到其图像如下

由图可知,随着转矩地增加,串励电动机地转速迅速下降,这种特性称之为软特性.

积复励电动机地运行特性

积复励电动机是指串励绕组地磁动势与并励绕组地磁动势方向