机械特性应用—他励直流电动机调速（弱磁、降压）

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@小白创作中心

机械特性应用—他励直流电动机调速（弱磁、降压）

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CSDN

https://blog.csdn.net/s20194131607/article/details/138248859

他励直流电动机的调速方法主要有两种：弱磁调速和降压调速。本文将通过具体的实例分析、Matlab仿真代码以及仿真结果的展示，详细阐述这两种调速方法的原理和应用。

3.3 弱磁调速

3.3.1 实例分析

例4：一台他励直流电动机额定数据如：PN=3.731kW，UN=235.2V，IN=16.2A，nN=1200rpm，电枢回路总电阻Ra=0.3Ω，现在拖动恒转矩负载在额定工作点稳定运行：
（1）当磁通率为phi=0.8phiN时，电动机转速为多少？电动机能否长期处于弱磁状态
（2）当磁通率为phi=0.5phiN时，电动机转速为多少？

解：
（1）由于负载为恒转矩负载，由转矩平衡方程式可得
所以，得
Ia=1.25IN=1.25*16.2=20.25
由于电动机在弱磁状态下的电枢电流是额定电流值的1.25倍，故不能长期使用，此时电动机的转速为
（2）由（1）可知此时电动机的转速为
利用Matlab画出其人为特性曲线

%% 直流电动机机械特性分析
% 下面输入电机基本数据：
clear;
clc;
Un=235.2;In=16.2;Nn=1200;Ra=0.3;
Ea=Un-In*Ra;CeIo=Ea/Nn;CtIo=9.55*CeIo;
%% 下面输入电磁转矩的变化范围：
Te=0:0.01:200;
%% 下面输入电机数学模型：
n=Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);
%% 弱磁调速时的人工机械特性：
figure
for a=[0.5 0.8 1]
n=Un/(a*CeIo)-Ra*Te/(a^2*CeIo*CtIo);
plot(Te,n,'-');
hold on
xlabel('Te(N*M)')
ylabel('n(rpm)')
end
grid on

由直流电动机弱磁调速实例曲线知：
1）理想空载转速随磁通减弱而上升；
2）斜率随磁通的减弱而增大，机械特性变软；
3）电阻能连续调节，可实现无级调速，调速平滑；
4）励磁电流小，能量损耗少，调速前后电动机的效率基本不变，经济性比较好；
5）机械特性较硬，转速稳定；
6）在各种转速下，能输出相同的功率，为恒功率调速；
7）调速范围不广。普通电动机D=1.2~~2，特殊设计的弱磁调速电动机D可达到3~~4。

由于弱磁调速的相对稳定性和平滑性较好，同时调速设备投资少、电能损耗少、经济效果较高，且控制比较容易，可以平滑调速，因此得到广泛应用。

3.3.2 弱磁调速仿真

直流电动机调速仿真模型如下图所示，包括直流电动机模块、直流电源模块、理想开关模块和示波器模块等。在电枢电压为额定值时，调节励磁电流，进而改变变励磁磁通，本例采用改变励磁电压方法进行弱磁调速。

1）励磁电压在240V时，他励直流电动机是额定转速125.92rad/s

2）励磁电压在190V时，他励直流电动机是额定转速156.6rad/s

3）励磁电压在120V时，他励直流电动机是额定转速237rad/s

建立模型后，即可运行模型并通过示波器观察电动机转速波形，通过励磁电压240V、190V、120V的相应转速相应波形可知，当电动机减小励磁电流（即减弱磁通）时电动机的转速将随之上升。同时，也能得出保持电枢电压额定不变，以降低励磁电压方式减弱励磁磁通，使电动机的转速逐步升高，而且具有良好的动态性能。

3.4 降压调速

3.4.1 实例分析

例5：一台他励直流电动机额定数据如：PN=3.731kW，UN=235.2V，IN=16.2A，nN=1200rpm，电枢回路总电阻Ra=0.3Ω，现在拖动恒转矩负载在额定工作点稳定运行：
（1）要求电动机转速降为1000r/min，电枢电压应降到多少？
（2）要求电动机转速降为800r/min，电枢电压应降到多少？

解：
（1）由于拖动恒转矩负载，且磁通不变，根据
可知，调速前后电枢电流不变，故转速降为1000r/min时，电枢电压为
（2）由（1）知
利用Matlab画出其人为特性曲线

%% 直流电动机机械特性分析
% 下面输入电机基本数据：
clear;
clc;
Un=235.2;In=16.2;Nn=1200;Ra=0.3;
Ea=Un-In*Ra;CeIo=Ea/Nn;CtIo=9.55*CeIo;
%% 下面输入电磁转矩的变化范围：
Te=0:0.01:200;
%% 下面输入电机数学模型：
n=Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);
%% 改变电枢电压时的人工机械特性：
figure
for Un=[158.46 196.86 235.2]
n=Un/CeIo-Ra*Te/(CeIo*CtIo);
plot(Te,n,'-');
hold on
xlabel('Te(N*M)')
ylabel('n(rpm)')
end
grid on