1、 課程設計任務書 2013/2014 學年第 二 學期學 院： 計算機與控制工程學院 專 業： 自動化 學 生 姓 名： J Guo 學 號： 課程設計題目： 電機及電力拖動綜合實驗 它勵直流電動機人為機械特性仿真分析（串電阻特性） 起 迄 日 期： 9 月 23 日 9 月 27 日 課程設計地點： 指 導 教 師： 下達任務書日期: 2013 年9月 23日課 程 設 計 任 務 書1設計目的：通過掌握電機拖動技術的相關知識點，對其中的原理應用進行分析說明，并用MATLAB進行特性仿真，并得出仿真結論。2設計內容和要求1、他勵直流電動機人為機械特性仿真分析（串電阻特性）2、對所學直流電動機

2、的知識進行復習，重點掌握直流電動機的人為機械特性。3、學習MATLAB語言，運行M文件進行仿真。4、分析仿真結果。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：（1）查閱資料，確定設計方案（2）分析電機工作原理，執行軟件仿真，編寫程序（3）撰寫課程設計說明書課 程 設 計 任 務 書4主要參考文獻：1電機與拖動劉錦波 主編 清華大學出版社 20062電機與電力拖動趙影 主編 國防工業出版社 20103MATLAB使用詳解董霖 主編 電子工業出版社 20095設計成果形式及要求：課程設計說明書1份原理分析及程序仿真結果1份程序清單1份6工作計劃及進度：2013年9

3、月23日 9月24日 收集整理資料，確定控制方案9月25日 9月26日 編寫程序，進行仿真9月27日 撰寫課程設計說明書9月28日 答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日 第一章 設計要求及內容對所學直流電動機的知識進行復習，重點掌握直流電動機的人為機械特性。學習MATLAB語言，利用MATLAB語言編寫M文件對他勵直流電動機人為機械特性仿真分析（串電阻特性），并分析仿真結果。 第二章 直流電機簡介直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機。因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。直流電動機按勵磁方式分為永磁、他勵和自勵3類，其中自勵又分為并勵、串勵和復勵3種。2.1構造基本構造分為

4、兩部分：定子與轉子。記住定子與轉子都是由那幾部分構成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩個的作用。定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。直流電動機轉子部分由電樞鐵芯、電樞、換向器等裝置組成，下面對構造中的各部件進行詳細介紹。1.電樞鐵芯部分：其作用是嵌放電樞繞組和顛末磁通，為了下降電機工作時電樞鐵芯中發作的渦流損耗和磁滯損耗。2.電樞部分：作用是發作電磁轉矩和感應電動勢，而進行能量變換。電樞繞組有許多線圈或玻璃絲包扁鋼銅線或強度漆包線。3.換向器：又稱整流子，在直流電想法中，它的作用是將電刷上的直流電源電流變換成電樞繞組內的

5、溝通電流，是電磁轉矩的傾向穩定不變，在直流發電機中，它將電樞繞組溝通電動勢變換為電刷端上輸出地直流電動勢。換向器由許多片構成的圓柱體之間用云母絕緣，電樞繞組每一個線圈兩端區分接在兩個換向片上。直流發電機中換向器的作用是把電樞繞組中的交變電動熱變換為電刷間的直流電動勢，負載中就有電流通過，直流發電機向負載輸出電功率，同時電樞線圈中也肯定有電流通過。它與磁場相互作用發作電磁轉矩，其傾向與發電機相反，原想法只需抑制這一磁場轉矩才華股動電樞改變。因此，發電機向負載輸出電功率的還，從原想法輸出機械功率，完結了直流發電機將機械能變換為電能的作用。2.2分類勵磁方式直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、

6、產生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型：1他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯接關系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機。圖中M表示電動機，若為發電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。2并勵直流電機并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯。作為并勵發電機來說，是電機本身發出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。3串勵直流電機串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯后，再接于直流電源。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。4復勵直流電機復勵直流電機有并勵和串勵兩

7、個勵磁繞組。若串勵繞組產生的磁通勢與并勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為直流電動機不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復勵式，直流發電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復勵式。5.特點(一)調速性能好。所謂“調速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據需要，人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。 直流電動機(二)起動力矩大?？梢跃鶆蚨洕貙崿F轉速調節。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調節轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，

8、都用直流電動機拖動。 第三章 他勵直流電機2.1 他勵直流電機械特性在U1=Un，,且電樞回路未串任何電阻的條件下，轉子轉速和電磁轉矩之間的關系曲線 稱為機械特性。它反映出不同轉速下電動機所能提供的轉矩的情況。為方便起見，將電勢、轉矩的基本關系以及電勢平衡方程列出如下： 結合他勵直流電機的轉速特性方程： 從直流電機的機械特性方程的定義，便可以獲得他勵直流電機的機械特性為： 式中，為直線的斜率。為理想空載轉速；電機的實際空載轉速為：；相應的空載轉矩為?？梢婋S著轉矩增大，電機轉速有所下降，故此機械特性可進一步表示為：，轉速，這個式子越小，則轉速變化越慢，我們稱此時電動機具有較硬的機械特性；反之，我

9、們稱電動機具有較軟的機械特性。2.2 電樞回路串電阻的人為機械特性當，利用（2-5）式進行推導，得他勵直流電機的人工機械特性為： 由式（2-6）可以分析出，隨著外串電阻的增加，直線斜率下降，機械特性硬度降低，考慮到理想空載轉速不變，因此，電樞回路串電阻的所有人工機械特性均交于縱坐標的理想空載轉速點。 第四章 MATLAB 仿真3.1 MATLAB簡介MATLAB是matrix&laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實驗室 MATLAB工作界面）。是由美國mathworks公司發布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以

10、及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數學軟件。它在數學類科技應用軟件中在數值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數

11、據單位是矩陣，它的指令表達式與數學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，FORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優點，使MATLAB成為一個強大的數學軟件。在新的版本中也加入了對C，FORTRAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{用，用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到MATLAB函數庫中方便自己以后調用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。3.2 用MATLAB繪制串電阻人工機械特性曲線 用MATLAB仿真需要給定電機的相關參數，這里我們可以假定，他勵直流電機的一些參數為：

12、 為研究他勵究直流電機人為串電阻機械特性，我們將串入的電阻依次設置為Ra1=0.0;Ra2=0.45;Ra3=0.9;Ra4=1.35。結合MATLAB編程可以得到曲線圖3.1。 圖3.1 他勵直流電機的人為機械特性曲線圖從MATLAB繪制出的圖像可以看出：隨著外串電阻的增加，直線斜率下降，機械特性硬度降低，考慮到理想空載轉速不變，因此，電樞回路串電阻的所有人工機械特性均交于縱坐標的理想空載轉速點。 第五章 MATLAB程序程序代碼如下：%Guo-Jin 2013.11.29 finishclcclear%Rate Value and Parameters of Separately Exci

13、ted DC MotorPn=5.5*1e+3;Un=220;In=282;Nn=1500;ra=0.045;%W,V,A,r/min,ohm%calculate the flux and constantsCefai=(Un-In*ra)/Nn;Ctfai=9.55*Cefai;%calculate the rated electric-magnectic torqueTn=Ctfai*In;%four amarture resstance valuesRa1=0.0;Ra2=0.45;Ra3=0.9;Ra4=1.35;for m=1:4 if m=1 Ro=Ra1; elseif m=2 Ro=Ra2; elseif m=3 Ro=Ra3; else Ro=Ra4; end for i=1:400 Tem(i)=4*Tn*i/400; rpm(i)=Un/Cefai-(ra+Ro)/(Cefai*Ctfai)*Tem(i