直流电机调速的计算机仿真

图 １ 直流 电机 调 速原 理
ａ ｅ ｖ ｒａ ｌ ｖ ￣ｒ ｆＤＣ ｍｏ ｏ ｎ ｅｔ ｅ ｅ ｓ ａ ｔ ｇ ｇ ａ ｉｂ ｅ ｗａ ｅ ｍｓ ｏ ｔ ｒ ｉ ｉ ｒｔ ｔ ｒｉ ｈ ｈ ｎ
ｔａ ｓｅ ｔｏ ｎ ｓ ｅ ｄ －ｔ ｔ ｒ ｉ ｌｔ ｄ ｂ ａ ｓｏ ｅ ｒ ｎ ｉ ｎ ｒｉ ｔ ａ ｙ ｓａ ｅｗｅ ｅ ｓｍｕ ａ ｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆ ｈ ｔ Ｍ ａ ｌｂ Ｔｈ ｏ ｒｅ ａ ｄ ｗａ ｅ ｍ ｆｔ ｅ ｒ ｔ ｒｃ ｒｅ ｔ ｎ ｔ ． ｅ ｃ ｕ ｓ ｎ ｖ ￣ｒ ｏ ｏ ｏ ｕ ｒ ｎ ｄ ａ ｈ ａ
研究与交流
直流 电机调速 的计 算机仿 真
彭宽平
武 汉职 业技 术 学 院 （ ３０ ４） ４０７
Ｓｉ ｕｌ ｔｏ ｏ ｐｅ ｄ ｒ ｇ ａ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｄ Ｃ ｏ ｏ ｙＭ ｅ ｎｓｏ ｍ ｐ ｔ ｒ ｍ ａ ｉ ｎ ｆＳ ｅ －ｅ ｕｌ ｔｏ ｎ ｈ Ｍ ｔ ｒｂ ａ ｆｔ Ｃｏ ｈｅ ｕ ｅ
ＰＥＮ Ｇ ｕａ ｐｉ ｇ Ｋ ｎ－ ｎ
Ｗ ｕｈａ ｃ ｎ Ｔｅ ｈｎｉ ａ ｌｅ ｃｌ Ｃｏ ｌ ｇｅ
摘
要： 用Ｍ ａｌｂ ｔａ 仿真直流 电机 起动 和稳态 时转 子
ｒ Ｉ、 ｒ
电流 、 转速 和转 子 电压 的变化过 程 波形 。 分析了稳 态运
行下 改变 速度 或 负载时， 转子 电流和 转速 的变化 过程和
２ 由Ｍａ ａ 中ｓ ｕｉｋ ｉ ｐ ｗ ｒ ｙｔ 模型 （ ｔ ｂ ｉ ｌ 和ｓ ｏ ｅ ｓ ｍｓ ｌ ｍ ｎ ｍ ｓ ｅ
库建 立 ） 。
．
３ ８．２ １ ０ ２年第 ４期 《 电机 技 求》
研究与交流
ｌ０ ５
一
Ｏ ０
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速Ｅ ＫＥ９ 对他励直流电机 ， ＝ ｏ， 系数Ｋ 正比于定子 Ｅ
电流 ：
ａ／ ｆｆ
ｒ ｔ ｔｎ ｐ ｅ ｈ ｎ ｅ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｓ ａ ｌ ｔ ｔ ｓ ａ ａｙ ｅ ｏ ａ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｃ ａ ｇ ｎ ｅ ｈ ｔ ｂ ｅ ｓａ ｅ ｗａ ｎ ｌ ｚ ｄ
图２ 直流 电机 调 速驱 动 系统 的仿 真 模型
图 ３ 直 流电机 起 动 时 转 速∞和 电流厶的 响应 波 形
驱动系统框图由电力系统块和仿真块组成， 电压测量块和 电流测量块是两者的接 口界面。 直 流电机块 由电气和机械两部分组成 ， 可以通过其
到达稳态后， 可以用由示波器传回到工作空 间的变量 和厶画出电压和 电流波形 图。 直流电
子系统观察 电机的内部结构模型。 通过直流电机
块的对话框， 定直流 电机 的参 数 ： 设 他励直流电
机 、 ＨＰ２ ０ Ｒａ Ｏ５ Ｌ ＝ ０ ５ ／４ Ｖ、 ＝ ． 、 ａ １ ｍＨ、 ＝ ．３ Ｋ。 １ 、 ２
Ｋｔ ． ３。 ＝１２
一
机完成起动后， 稳态时的电压和 电流的响应波形
直流电机产生的力矩正比于转子电流 ：
７ ＝ ， ｍ １ ＫΒιβλιοθήκη Baidu ａ
Ｋ —＿ Ｔ 力矩系数。 晶闸管Ｔ ｌ ｈ 由脉宽调制信号触发 ， 控制 直流 电机的平均电压是触发角的函数 。
Ｖ（ｖ ） ６ ｃ ａｇ ＝ ｃ
Ｍａｌｂ ｔ 中有一个 电力系统块， ａ 它能够对各种
电机及电力电子器件进行计算机仿真。
ｖｈ ｎｔｅｍｏｏ ｅ ｄｏ ａ ｓｃ ａ ｇ ｄ ￣ ｅ ｔｒ ｐ ｅ ｒｏ ｄｗａ ｈ ｎ ｅ ． ｈ ｓ ｌ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｔ ｒ Ｓ ｅ ｄ ｒ ｇ ｌ ｔ ｎ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｙ ｒ ｓ ＤＣ ｍｏ ｏ ｐ ｅ —ｅ ｕ ａ ｉ ｉ ｌｔｏ ｏ Ｓｅｄ ｐ ｅ
以
图４ 直流电机稳态时的电压 和电流，的响应波形 ａ
３ 仿真
３３ 速度调节动态性能 ．
在仿真窗 口的ｓ ｌ ｉｎ ｉ ａ ｏ 菜单中， ｔｒ ｍｕ ｔ 选ｓ ｔ ａ 开始
波形。
一
＋
Ｄｔ 【
关键词 ： 直流 电机
调速
仿真
转速
： ：
一 羹
：
中图分类号 ： Ｍ３ ５ 文献标识码 ： Ｔ ０ Ａ ＤＯＩ 编码 ： ０ａ ６ ／ ｉｓ ０ ６２ ０ ．０ ２０ ．１ １ ．９ ９ｊ ｓｎ１ ０ －８ ７２ １ ．４０ ３ ．
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｒ ａ ｕ ｅ Ｓｃ ｒ ｅ ｔ ｐ ｅ ｎ ｏ ｔ ｔａ ｔ ｅ ａ ｍ ｔ ｒ ’ ｕ ｒ ｎ ，ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｖ ｌ－
、
确的。 在稳态 时， 转子平均电流厶 — ） 。 ＝（ 。
２ 调速 系统模型
直流电机调速驱动系统采用串联控制方式 。 电机力矩 由转子电流ｊ ， 由电流控制器调节。 电机转速 由外环控制， 为电流控制环提供电流参 考值 。 直流电机调速驱动系统的仿真模型如 图
电阻 和反电动势 。 由电机理论可知： 反电动势Ｅ 正比于 电机转
注意该 关系仅 当转 子电流是 连续 时才是 正
１ 脉宽调制 （ ＷＭ ） Ｐ 原理
改变 直 流电机转 子上 的电压可 以调 速 ， 而 Ｐ Ｍ （ 宽调 制 ） Ｗ 脉 是常用的方 法。 利用晶闸管 Ｔ ｌ续 流二极管 Ｄ 组成逆变器 ， ｈ， ｌ 通过控制晶闸 管Ｔ ｌ ｈ的触发时间， 可以得到可变的电压， 进而调 节直流 电机转速， 原理如图１ 。 图ｌ 直流电机由等效电路表示 ， 中， 包括 电感
如 图４ 。
８
个 １ｍＨ的 电感 和 直 流 电机 串联 ， ０ 以平 滑
螽， 锄 ６
隶ｓ
４
转子 电流 。 定子 绕组 加恒 电压 ， 励磁也 是 恒定
的。 晶闸管Ｔ ｌ ｈ 的触发信号由电流控制器产生 ， 使
电机 电流被控制在参考值范围以内。 直流速度控
制环用ＰＤ Ｉ 调节器 ， 由仿真块组成 。