【正文】 安徽建筑大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 09 電氣 (2)班 學(xué)生姓名 樊 煜 東 學(xué) 號(hào) 09210020211 課 題 直流電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 指導(dǎo)教 師 朱 學(xué) 光 2021 年 6 月 14 日 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘要 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻啟動(dòng)過(guò)程各參數(shù)的變化情況一直是運(yùn)行部門(mén)十分關(guān)心的問(wèn)題 ,但在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。本論文中建立他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分級(jí)啟動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，并建立起連續(xù)的仿真模型，利用 MATLAB 中的SIMULINK 工具，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從而更清楚的了解了其動(dòng)態(tài)過(guò)程 ,為設(shè)計(jì)人員提供了可靠的參考數(shù)據(jù)。為以后的虛擬實(shí)驗(yàn)的建立發(fā)展積累了許多寶貴 的經(jīng)驗(yàn)。 關(guān)鍵詞 ： 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)；分級(jí)起動(dòng)；仿真 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract The various parameters39。 change in the procedure of Excited DC motor’s armature series resistance’s startup has been the department’s very issue of concern, but in the design process it can not carry out the related test. In this paper,it’s to establish the excited DC motor’s mathematical model of stepstarting, and to establish a continuous simulation model,and to use the MATLAB’s SIMULINK tools to simulate the system and obtain the experimental results. So its dynamic process is understanded clearer, and it provide a reliable reference for accumulate much valuable experience for the establishment of the virtual experiment. Keywords: Excited DC Motor。 Stepstarting。 MATLAB, SIMULINK 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目錄 摘要 ................................................................ I Abstract ............................................................ II 第一章 直流電機(jī)的工作原理及特性 .................................... 1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) ........................................... 1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 ......................................... 3 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 ......................................... 4 第二章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 .................................... 7 機(jī)械特性方程式 ............................................... 7 固有機(jī)械特性與認(rèn)為機(jī)械特性 ................................... 8 第三章 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) ....................................... 10 降電壓起動(dòng) .................................................. 10 電樞回路串電阻起動(dòng) .......................................... 10 原始數(shù)據(jù) ................................................... 11 分級(jí)起動(dòng)電阻的計(jì)算 ......................................... 11 第四章 MATLAB 及其仿真集成環(huán)境 SIMULINK ........................ 16 MATLAB 簡(jiǎn)介 .............................................. 16 仿真工具 SIMULINK 簡(jiǎn)介 ..................................... 18 用 SIMULINK 建立系統(tǒng)模型 ................................... 19 第五章 他勵(lì)直流電 動(dòng)機(jī)分五級(jí)起動(dòng)過(guò)程模擬 ............................ 21 繪制仿真線路 ................................................ 21 設(shè)置仿真參數(shù)和模塊參數(shù) ...................................... 22 仿真結(jié)果分析 ................................................ 23 總 結(jié) ............................................................... 26 參考文獻(xiàn) ........................................................... 27 致 謝 .............................................................. 28 附錄：外文科技文獻(xiàn)及翻譯 ........................................... 29 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 直流電機(jī)的工作原理及特性 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。電機(jī)分為直流 電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能很好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，特別是調(diào)速性能為交流電動(dòng)機(jī)所不及。因此，在對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能和起動(dòng)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，大都使用直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)。但是，直流電動(dòng)機(jī)的制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，維護(hù)較困難，可靠性較差，所以，在現(xiàn)代工業(yè)的拖動(dòng)系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)與交流電動(dòng)機(jī)“各得其所”。 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如下圖 : 圖 直流電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu) 一．定子 定子是直流電動(dòng)機(jī)的靜止部分。它包括主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋和電刷裝置等部件。 1．主磁極 在一般的大中型直流電機(jī)中，主磁極是一種電磁鐵。主磁極的鐵心用厚的鋼板沖片疊壓緊固而成永磁電機(jī)的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。勵(lì)磁電機(jī)的主磁極則由主磁極鐵心和主磁極繞組兩部分組成。 2．換向極 換向極又稱(chēng)附加極或間極，裝在兩主磁之間。它是由鐵心和繞組構(gòu)成的，換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)。其作用是產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，以改善電動(dòng) 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 的換向條件，減小換向器上的火花。換向磁極由換向磁極鐵心和換向磁極繞組兩部分組成。位于兩主磁極之間，是比較小的磁極。 3．機(jī)座 其作用一方面是作為電動(dòng)機(jī)的磁路，另一方面是用來(lái)固定 主磁極和換向極以及端蓋。用來(lái)在其上安裝主磁極、換向磁極，同時(shí)也作為電動(dòng)機(jī)的外殼。機(jī)座一般由鑄鋼件制成，小功率的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)座也可用無(wú)縫鋼管加工而成。 4．端蓋 在機(jī)座的兩邊各有一個(gè)端蓋，端蓋的中心處裝有軸承，用來(lái)支持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸，端蓋上還固定有電刷架。 5．電刷裝置 電刷裝置是把直流電壓、直流電流引人或引出的裝置。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成。通過(guò)電刷與換向器表面之間的滑動(dòng)接觸，把電樞繞組中的電流引入或引出。 二．轉(zhuǎn)子 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子又稱(chēng)為電樞，是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。由電樞鐵心 、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等部分組成。 1．電樞鐵心 電樞鐵心由硅鋼片疊壓而成，其表面有許多均勻分布的槽，用來(lái)嵌放電樞繞組。電樞鐵心有兩個(gè)作用一個(gè)是作為主磁路的主要部分，二是嵌放電樞繞組。由于點(diǎn)蘇鐵心和主磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致鐵耗，因此為了減少鐵耗，電樞鐵心通常用 的厚硅鋼片的沖片疊壓而成，固定在轉(zhuǎn)子支架或轉(zhuǎn)軸上。 2．電樞繞組 由許多相同的線圈組成，按一定規(guī)律嵌放在電樞鐵心的槽內(nèi)，并與換向器相連。它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過(guò)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。其作用是產(chǎn)生 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩。 3．換向器 它是直流電機(jī)的重要部分，換向器由許多銅制換向片組成，外形呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。其作用是把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槔@組中的交變電流以使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷墻上的直流電動(dòng)勢(shì)。 4．轉(zhuǎn)軸 一般用合金鋼鍛壓加工而成，其作用是用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。 5． 風(fēng)扇 用來(lái)降低電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的溫升。 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于安培定律上的，在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。在磁場(chǎng)中 導(dǎo)體受力的方 向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱(chēng)為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较?，企圖使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。 圖 直流電動(dòng)機(jī)的原理模型 當(dāng)電樞轉(zhuǎn)了 180176。后，導(dǎo)體 cd 轉(zhuǎn)到 N 極下，導(dǎo)體 ab 轉(zhuǎn)到 S 極下時(shí)，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A 流入，經(jīng)導(dǎo)體 cd 、 ab 后，從電刷B 流出。這時(shí)導(dǎo)體 cd 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃螅瑢?dǎo)體 ab 受力方向是從左向右，產(chǎn) 生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時(shí)針?lè)较颉? 因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由導(dǎo)體 ab 和 cd 流入，使線圈邊只要處于 N 極下，其中通過(guò)電流的方向總是由電刷 A 流入的方向，而在 S 極下時(shí)，總是從電刷 B 流出的方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。 安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是選 用直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指其端電壓nUU?(額定電壓 )、電樞回路中無(wú)外加電阻、勵(lì)磁電流 fnf II ? （額定勵(lì)磁電流）時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n、電磁轉(zhuǎn)矩 eT 和效率 ? 三者與輸出 功率 2P 之間的關(guān)系。如用函數(shù)形式表示，即 )( 2pfn? 、 )( 2pfTe ? 、)( 2pf?? 在實(shí)際運(yùn)行中，電樞電流 aI 可直接測(cè)量，并且隨 2p 的增大而增大，兩者增大的趨勢(shì)相差不多，所以往往將工作特性表示為 )( 2Ifn? 、 )( 2IfTe ? 、