他励直流电机:起动、调速、制动(原理与Simulink仿真)

2种起动方式: 直接起动、分级起动;
3种调速方式: 电阻调速、电压调速、弱磁调速;
2种制动方式: 能耗制动、反接制动

目录

0 电机参数与负载情况

1 起动

1.1 直接起动

1.2 分级起动

2 调速

2.1 电阻调速

2.2 电压调速

2.3 弱磁调速

3 制动

3.1 能耗制动

3.2 反接制动

参考资料


0 电机参数与负载情况

铭牌额定参数:

UN=24VIN=6.1APN=137WnN=4200r/min,励磁回路总电阻Rf=182Ω

估算电机参数:

电枢回路电阻 Ra=0.126Ω

电枢回路电感 La=3.578×103 H

励磁回路电阻 Rf=182Ω

励磁回路电感 Lf=120 H

励磁绕组与电枢绕组互感 Laf=0.406 H

1 起动

1.1 直接起动

将他励直流电动机的电枢绕组直接接到额定电压的电源上,这种启动方法称为直接启动,在启动瞬间:

Ist=UNRa I_{s t}=\frac{U_{N}}{R_{a}} Ist​=Ra​UN​​

电枢回路电阻 Ra{R_{a}}Ra​ 很小,因此启动电流非常大。

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1.2 分级起动

他励直流电机:起动、调速、制动(原理与Simulink仿真)

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再对比相同条件下的直接起动,可以发现起动电流减小显著:

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2 调速

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情境:现在希望电动机拖动负载以2000r/min的转速运行,用三种方法分别完成计算仿真如下:

2.1 电阻调速

他励直流电机:起动、调速、制动(原理与Simulink仿真)

Rc——电枢回路串电阻,待计算量;

解得,Rc=2.01Ω

故,如果要使电动机拖动负载以2000r/min转速运行,应该在电枢回路串接电阻 Rc=2.01Ω

在此条件下仿真结果如下:

他励直流电机:起动、调速、制动(原理与Simulink仿真)

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此时的机械特性曲线为

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绘制此时的机械特性曲线与原机械特性曲线,串电阻调速时,机械特性曲线的斜率发生变化,与纵坐标的交点不变。

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2.2 电压调速

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U ——调节后的电枢电压;

解得,U ‘=11.83V

故,如果要使电动机拖动负载以2000r/min转速运行,应该调节电枢电压U ‘=11.83V。为了方便调节,这里近似U ‘=12V

此时的机械特性曲线为

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在此条件下仿真结果如下:

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绘制此时的机械特性曲线与原机械特性曲线,调压调速时机械特性曲线斜率不变,在纵坐标方向上移动。

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2.3 弱磁调速

在励磁回路中串接电阻,改变励磁电流,从而改变磁通。一般只能减弱磁通,调节额定转速以上的转速。所以这里无法单独使用弱磁调速使电动机拖动负载以2000r/min的转速运行。

情景:电动机在11.83V电枢电压下,拖动负载以2000r/min的转速运行,在0s时刻在励磁回路中接入100Ω电阻,观察转速变化。

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3 制动

3.1 能耗制动

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情景:现在电动机电枢电压,11.83V,降压调速,以2000r/min的转速运行,拖动负载提升。现在要求电动机以500r/min的转速下放重物,用能耗制动实现。

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解得,Rc=0.33Ω

故,需要接入Rc=0.33Ω 的电阻进行能耗制动。

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Matlab仿真结果如下:

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3.2 反接制动

(1)转速反接

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情景:电动机电枢电压为11.83V,降压调速,以2000r/min的转速运行,拖动负载提升。现在要求电动机以500r/min的转速下放重物,用转速反接制动实现。

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解得,Rc=2.283Ω

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绘制此时的机械特性曲线

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(2)电压反接

 

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情景:电动机电枢电压为11.83V,降压调速,以2000r/min的转速运行,拖动负载提升。现在要求电动机换向以3000r/min的转速下放重物,用电压反接制动实现。

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解得,Rc=0.786Ω

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绘制机械特性曲线,

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参考资料

[1] 卢健康.电机与电力拖动简明教程[M].西北工业大学出版社:西安,2012.3

[2] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].机械工业出版社:北京,2006.1

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