直流电机特性仿真设计

直流电机运行特性实验

实验目的：通过仿真，熟悉直流电动机的原理和运行特性；并同时达到熟练运用matlab 和提高自学能力的目的。

一直流电机起动仿真

1 直流电机的直接起动仿真

使用Simulink对直流电动机的直接启动建立仿真模型，通过仿真获得直流电动机的直接启动电流和电磁转矩的变化过程。当然，实际过程中是不允许直流电动机直接启动。

图1:他励直流电动机直接起动仿真原理图

图2：他励直流电动机直接启动仿真结果

图3：电枢电流和转速关系

图2给出了直流电动机在起动过程中的转速、电枢电流、励磁电流、电磁转矩的变化。从仿真结果的波形中容易看出起动电流冲击很大，同时电磁转矩的冲击也较大，转速能够在较短的时间内达到稳定。

2 直流电动机电枢串联电阻起动仿真

建立他励直流电动机电枢串联三级电阻的仿真模型，仿真分析其串联电阻过程，获得起动过程的电枢电流、转速和电磁转矩的变化曲线。和直接起动仿真模型相比，主要增加了电阻控制子模块。

图4：直流电动机串三级电阻起动仿真原理图

图4：串起动电阻控制子模块原理图

图5：他励直流电动机串接三级电阻起动仿真结果

图6：他励直流电动机串电阻转速-电流关系仿真结果

从仿真结果的波形中可以看出通过设定合适的串联起动电阻的投入时间，起动电流可以控制在一定的范围内，同时电磁转矩的也能够得到有效降低。转速需要在较长的时间内才能达到稳定。

二直流电机的制动仿真

1 直流电动机的能耗制动仿真

图7：能耗制动仿真原理图

图8：子模块封装图

图9：他励直流电动机仿真结果图（有问题，觉得不对）直流电动机的能耗制动仿真模型原理图如图所示，和直接启动仿真模型相比主要增加可经过封装的电路改变连接控制模块和仿真停止控制部分。

给出了直流电动机在制动过程中的转速、电枢电流、励磁电流、电磁转矩的变化。直流电动机的转速能够在能耗制动开始停车的寺庙时间内达到完全停车，能够实现较快的停车速度。在能耗制动开始的时刻，可以观察到存在较大的反向电磁转矩和反向的电枢电流，这是能够实现快速停车的根本原因。

2 直流电动机反接制动仿真

直流电动机电压反向反接制动仿真模型原理图如图所示。

图10：反接制动原理接线图

图11;封装子模块原理图

图12：他励直流电动机反接制动仿真结果（结果也有问题）图中给出了他励直流电动机在电压反向反接制动过程中的转速、电枢电流、励磁电流、电磁转矩的变化。直流电动机的庄肃能够在反接制动开始停车的5s时间内达到完全停车（转速为零），能够实现较快的停车速度。在反接制动开始的时刻，可以观察到存在较大的反向电磁转矩和反向电枢电流，这是能够实现快速停车的根本原因。

三直流电动机调速仿真

1 改变电枢电压调速仿真

使用simulink建立塔里直流电动机的改变电枢电压的仿真模型，仿真分析获得转速、电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。

图13：他励直流电机调压调速仿真原理图

图14：改变电枢电压控制子模块原理图

图15：他励直流电动机调压调速仿真结果

电枢电流Ia/A

图16:他励直流电动机改变点数电压调速的转速-电流关系仿真曲线图16给出了直流电动机在制动过程中的转速、电枢电流、点数电影和电磁转矩的变化。从仿真结果的波形中可以看出，在点数电压改变的过程中，总会引起电枢电流和电磁转矩的冲击。改变点数电压能够实现转速的改变。

2 弱磁调速仿真

使用Simulink建立他励直流电动机改变励磁电流的仿真模型，仿真分析获得转速、电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。

图17：他励直流电动机弱磁调速原理图

转

速

u/rpm

图18：他励直流电机弱磁调速仿真结果图

图19:他励直流电动机改变磁通调速是转速-电流关系仿真结果

图19给出了他励直流电动机在制动过程中的转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩的变化。从仿真结果的波形中可以看出，电动机的转速随励磁电流的改变而改变，当减小励磁电流时电动机的转速将随之升高。