matlab/simulink电力电子仿真直流电机设置和使用

matlab/simulink电力电子仿真直流电机设置和使用

1 直流电机长啥样

在库里面找"DC machine"就找到了，第一个就是。我们把它拖到操作面板上去。

1.1 接线端子介绍

这个模型有三对端子。从上到下分别是：

• 负载转矩信号输入端（写着TL的那个）：这个端口要连接一个常数，以表示负载转矩；
• 电动机运转状态的信号检测端（写着m的那个）：这个端口输出的是电机的几个运行参数，如转速、电磁转矩、电枢电流、励磁电流；
• 电枢回路接线端（写着A+A-的那个)：外接一个电源
• 励磁回路接线端（写着F+F-的那个）：外接一个电源

2 参数设置

双击这个模型，打开它的参数设置窗口。

2.1 configuration页

2.1.1 preset model

这是设置直流电机型号的。比如我选择的这个型号

• 功率为5HP（HP是匹，1HP=745.7W）
• 电枢电压为240V
• 转速为1750RPM（RPM就是每分钟转多少圈，r/m）
• 励磁电压为300V

也可以选择不使用内置型号，自己设置各个参数，即选择no

2.1.2 Mechanical input

• 选择Torque TL是设置成输入转矩TL
• 选择Speed ω 是设置成输入转速ω
  比如我已知的是负载转矩为10，那我就选择Torque TL，然后连接一个constant，并设置值为10
  

2.1.3 field type

当2.1.1的preset model选择了某种型号时是灰色的，无法修改，只有在上面的preset model选择了No之后才能选

• wound可以理解成需要外接励磁回路
• permanent magnet则是永磁体，简单理解成用两块磁铁放在那里（高中学的那种电机，如下图，该图来源于网络）。
  

选择类型为永磁体permanent magnet之后，这个电机的外观会有所变化。励磁回路的两个端子消失了，而出现了表示磁体的N、S。这个很容易理解，用了永磁体，就不需要外接电源来提供磁场了。

2.2 parameters页

这一页是设置电机参数的，除了initial speed（初速度，单位为rad/s）和initial field（初始磁场）两个参数外（最下面两行），其他参数只有在configuration页的preset model选择了No之后才能修改。

这个也很好理解，如果前面选定了电机的型号，那么电机的参数就是确定了的，肯定不能设置了。

注：initial field只有在2.1.3节 field type参数中选择了wound才会出现

我解释一下各个参数的意思。

• Ra、La：电枢电阻、电感
• Rf、Lf：励磁回路电阻、电感
• Laf：电枢与励磁回路互感
• J：电机转动惯量
• Bm：粘滞摩擦系数
• Tf：静摩擦转矩

在填写这些参数的时候，需要格外注意两个参数的单位，Bm、Tf，很多时候需要换算

2.3 参数换算

直流电机的几个重要公式：

3 直流电机使用

好了，我们来操作一下。

就用这个表里的第一列数据吧！可能用到的几个参数的翻译我已经写在对应单词的旁边了（怎么会有我这么善良勤奋努力的好人！）

3.1 设置参数

这个电机是永磁电机，里面没有励磁回路的相关参数。所以，configuration页，我们设置成这样
parameters页的参数，除了Bm、Tf外，都是知道的，填上去。我们就当成理想的电机算，没有摩擦，把Bm、Tf都设置成0。初始的速度，我们改成0

3.2 空载运行

好了，设置完成。我们来输出看一下。

首先看一下空载的情况。因为是空载，TL端不接任何东西，

为了方便观察，m端接一个bus selector。使用方法是双击bus selector，选择要观察的信号，然后按select，就可以放到右边的selected signals框中去了。

电枢回路接了一个直流电源，因为前面的图中说了额定电压是9V，所以电源电压设置成9V

运行个1s看看。

测得空载转速为825.7rad/s，换算成rpm为7885，而给定的空载转速为7890，误差很小，可以接受。

励磁电流恒为0，因为用的是永磁体，没有励磁电流。这个没问题。

空载的电磁转矩因为没有直接给定，就不看了。

重点看一下电枢电流，测得为0，而给定的空载电枢电流为78.2mA。为什么差别这么大？

重新回去看一下2.3节的参数换算。
根据第二个公式，当速度恒定时，dw/dt为0，所以Te=Tl。而因为是空载的，Tl为0，所以Te也为0.

再根据第四个公式，Te为0，而Ke不可能为0，那么只能是I为0.所以测得的值并没有问题。

那是怎么回事呢？

原因在于，在3.1节中，我们说：

parameters页的参数，除了Bm、Tf外，都是知道的，填上去。我们就当成理想的电机算，没有摩擦，把Bm、Tf都设置成0。初始的速度，我们改成0

我们认为电机没有摩擦，Bm、Tf都为0.实际上这是绝不可能的！

根据2.3节我给出的公式是可以倒推出Bm、Tf的值的，但我不想写得太长，还是当成0算，影响不大。

3.3 额定运行

给定的额定转矩为10.9mNm（前面的m表示毫，10^-3），因为我们认为没有摩擦，所以负载转矩等于电磁转矩。直接把负载转矩也设置成10.9m。

运行个1s看看。

测得转速为794rad/s，换算成rpm是7582，给定的额定转速是7580，差别很小，可以接受。

测得的电流为1A，给定的额定电流是1.08A，误差7.5%，有点大，误差原因也是刚刚解释过的。

好了，就是这样~