直流电机模型

对直线运动，运动方程为dVFFmdt对旋转运动，运动方程为dtdJ2(/)60nrads式中：G——重量（N）；g——重力加速度，g=9.81m/s2；D——惯性直径（m）；——惯性半径（m）的实用形式为dtdnGDTT3752gJGD42称为飞轮矩)(2mN两式中的三项都是有方向的)kgm(gGD)D(gGmJ222242dtdJ工程上，习惯使用工程单位：转速为n(r/min)，转动惯量用飞轮矩GD2(Nm2)。2.8直流电机的电气传动二、由运动方程式可知：dtdJ当T=Tl时，dΩ/dt=0，电力拖动系统处在匀速旋转（含静止不动）的稳态中。，当TTl时，dΩ/dt0，电力拖动系统处在加速（或反向减速）状态。当TTl时，dΩ/dt0，电力拖动系统处在减速（或反向加速）状态。三、电力拖动自动控制系统（调速系统）控制的目标是速度要想使系统稳定运行在某一个转速n1时，必须在n1转速下使T=Tl。若要使系统稳定在一个更高的转速时，则首先在原转速下使TTl，电机加速。当到达新转速后，再使T=Tl，则电机就在新的转速下稳定运行。四、重要结论：电动机速度控制的本质是对其输出转矩的控制。2.8直流电机的电气传动五、他励直流电动机调压调速的物理过程aeEknaaaaRIEUaTIk原状态：1111,,,,aaaUnEIT2222,,,,aaaUnEIT新状态：负载转矩Tl恒定)a)baEaUaITnfiM)caaIUP1lTP2aaCuRIp21n2n01nlT0Tn02nABCD1aU2aU122.8直流电机的电气传动六.机械特性是指转速与转矩之间的关系曲线，即机械特性负载机械特性电动机机械特性()nfT()lnfT()nfT固有机械特性人为机械特性正向电动正向制动反向电动0T0n0n0n0T0TnT0反向制动0n0T运行状态：转速n、转矩T都有正、负值,要选定参考正方向。电动：转矩与转速的方向一致制动：转矩与转速的方向相反四象限运行：2.8直流电机的电气传动七、负载的机械特性lT0Tn0Tn0Tn0Tn0TnlTlTlTlT)a)b)c)d)ea)反抗性b）位能性c）粘滞摩擦力d）流体阻力e）恒功率阻力例，实际风机的负载机械特性：0TnlT220nKll实际的机械装置则是多种性质的负载转矩的组合4．直流电动机的传递函数假定：1）励磁为额定，且保持不变。Ea=Cen，T=CTIa；2）电动机本身的运动阻力，都归并到TL中去。TL=CTIaL；3）主电路电流连续。在此假定条件下，直流电动机的电势微分方程和运动微分方程为：2375adoadaLdIURILEdtGDdnTTdt整理得：RLTdeTemCCRGDT3752机电时间常数电磁时间常数上式两侧进行拉氏变换得：整理成输出比输入的传递函数的形式：()()()(1)()()()doaaemaaLaUsEsIsRTsTIsIsEssR()adoaaemaaaLdIUERITdtTdEIIRdt()1/()()1()()()adoaeaaaLmIsRUsEsTsEsRIsIsTs)s(EaaIaI)s(Ia1/1sTRe)s(IaLsTRmeC1)s(n+-)s(Udo-+对两个等式分别画出它们的动态结构图，并考虑到n=Ea/Ce，即可得到额定励磁下直流电动机的动态结构图：输入量：理想空载电压Udo（控制输入量），负载电流IaL（扰动输入量）。输出量：转速n利用右图动态结构图的等效变换方法，消去Ea(s)、Ia(s)变量，可得到直流电动机动态结构图。（见下页）WRaIQWRaIQ1/WCa)+-RaIRCb)W1W2C2111+-C+-a)综合节点前移b)反馈连接的合并()1/()()1()()()adoaeaaaLmIsRUsEsTsEsRIsIsTsaI)s(IaL)(sn+-a))(sUdo1/12sTsTTCmeme)sT(Re11/12sTsTTCmeme)(sUdob))(sna)变换后的形式b)IaL=0时简化形式5、直流电动机的动态结构图)s(EaaIaI)s(Ia1/1sTRe)s(IaLsTRmeC1)s(n+-)s(Udo-+等效变换后得此图由于没有内部反馈环节，在分析单闭环系统时将带来许多方便。此图把电枢电流Ia显露出来了，在电流闭环的系统中得到应用。aI)s(IaL)(sn+-)(sUdo1/12sTsTTCmeme)1(sTRe1sTKes)(sUct)(sUnaI+-)(*sUn)(sUnPK带比例放大器的速度单闭环V-M调速系统是一个三阶线性系统。系统的开环传递函数为：设IaL=0，从给定输入作用上看，该系统的闭环传递函数为：eSPC/KKK1111123sKTTsK)TT(TsKTTTKC/KK)s(WSmSemSemeSP把各单元组合起来，得到单闭环V-M调速系统的动态结构图：(),(1)(1)SmemKWsTsTTsTs6、单闭环V-M调速系统的动态结构图五、直流调速系统开环调速系统和有静差系统单闭环系统仿真分析