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

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0 电机参数与负载情况

铭牌额定参数：

UN=24V、IN=6.1A、PN=137W、nN=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=3.578×10-3 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。

1.2 分级起动

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：

2 调速

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

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：

 

此时的机械特性曲线为

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。

 

2.2 电压调速

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

在此条件下仿真结果如下：

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。

 

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。

3 制动

3.1 能耗制动

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。

解得，Rc=0.33Ω

故，需要接入Rc=0.33Ω 的电阻进行能耗制动。

 

Matlab仿真结果如下:

 

3.2 反接制动

（1）转速反接

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。

解得，Rc=2.283Ω

绘制此时的机械特性曲线

（2）电压反接

 

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。

解得，Rc=0.786Ω

绘制机械特性曲线，

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