直流电动机建模与仿真实验

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《直流电动机建模及仿真实验》 —实验报告

院(系) 3 系 姓 名 ****** 学 号 ********* 任课教师 王卫红

. 专业.专注 .

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2013年 11月 6日

直流电动机建模及仿真实验

1实验目的

了解直流电动机的工作原理; 了解直流电动机的技术指标; 掌握直流电动机的建模及分析方法;

学习计算直流电动机频率特性及时域响应的方法。

2实验设备

(1)硬件:PC机。

(2)工具软件:操作系统:Windows系列;软件工具:MATLAB及simulink。

3实验原理

原理框图: 直流电机电枢回路的电路方程是:

ua?E?iRa?Ldi dt其中,ua是加到电机两端的电压,E是电机反电势,i是电枢电流,Ra是电枢回路总电阻,

L是电枢回路总电感,Tl?La称为电枢回路电磁时间常数。并且反电动势E与电机角速度Ra?m成正比:

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? E?ke?m?ke?m其中ke称为反电势系数,?m为电机轴的转角。

对于电机而言,其转动轴上的力矩方程为:

?? ?m?Jm?kmi?Ml?Jm?m其中km是电机的力矩系数,Ml是负载力矩,J是电机电枢的转动惯量。 进行拉式变换得到:

?Ua(s)?E(s)?Ra(I(s)?TlI(s)s)??(s) ?E(s)?ke?m???kmI(s)?Ml?Jm?m(s)s由此方程组可以得到相应的电动机数学模型的结构框图:

-UaMl+-E1/RaTls?1Ikm+J1m??ms1s?mke

图4.1直流电动机数学模型结构框图

实验要求: (1)根据电机的工作原理(电压平衡方程、力矩平衡方程)建立从电枢电压ua到转速??m的

传递函数模型,并根据表1所给电机参数求其频率特性。表1共给出了两个电机的参数,其中A为大功率电机,B为小电机。

(2)编制MATLAB或simulink程序求电机的调速特性,即不同负载力矩情况下电压和转速

之间的关系,将数据填入表2和表3。(提示:由于调速特性是电机的静态特性,故可先推导出考虑负载力矩情况下电枢电压Ua与转速??m之间的静态模型,然后再仿真。) (3)编制MATLAB或simulink程序求电机的机械特性,即不同电压情况下负载力矩和转速

之间的关系。(提示:在仿真时可将电枢电压固定,改变负载力矩的值,即可求出Ml与转速??m之间的关系。)

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(4)编制MATLAB或simulink程序求电机转速的阶跃响应,并根据阶跃响应求出其机电时

间常数。(提示:由于电机的电磁时间常数较小,故可将电压Ua与转速??m之间的动态响应看作非周期环节,所以能够从其阶跃响应求出机电时间常数。)

表1 电机参数表

参数 电枢电阻Ra 电枢电感La 力矩系数km 反电势系数ke 电机转

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