0 引言

在现代化的工业生产中，对作为生产设备主要动力的电动机有较高的要求。根据不同的生产要求，常常需要对生产设备运行速度进行平滑调节，这种速度调节往往要通过对电动机的调节来实现。同时，大多数设备要求动力系统运行稳定、具有良好的动态性能，这往往也直接取决于电动机的性能。直流电动机因为具有较多明显的优点，常常被用于工业生产中。直流电动机开环调速系统具有可以在较大范围内进行无级调速且结构简单，启动、制动性能良好等诸多优点，在具有较高要求的工业生产领域得到了广泛应用。笔者在Matlab系统中创建了直流电动机开环调速系统的仿真模型，并进行了仿真分析。

1 工作原理

图1所示为直流电动机开环调速系统原理图。由6个晶闸管(VT1-VT6)构成三相晶闸管全控整流电路，经平波电抗器L为电动机M供电，触发器和移相控制信号用来调节晶闸管的控制角，通过控制晶闸管的导通时间实现对直流电动机M电压的平滑调节，从而实现无级调速。

  

图1 开环调速系统工作原理图

Uc输入到触发器之后，触发器发出触发信号，控制6个晶闸管(VT1-VT6)按一定次序导通。Uc由Matlab中常数模块设定，其数学表达式如下：

 

文中取αmin=30°，Ucm=±10V，则

α=90°+6Uc

2 仿真模型

在Matlab/simulink中构建系统的仿真模型如图2所示。为简化模型，在仿真中省略了同步、整流两台变压器，并且使用一个交流电源为触发器和整流器供电，直流电动机的励磁由单独的直流电源供电。

  

图2 直流电动机开环调速系统仿真模型

3 参数计算

额定负载转矩：

图3(a)为整流器输出端电压的局部波形。从图中可以看出，经过整流器整流后的电压波动较大。图3(b)是经过Lp滤波后的电枢两端电压波形，电压在250V上下小幅波动，与图3(a)对比可明显看出电压脉动大大减小。图3(c)是电流的仿真波形图，图3(d)是转速的波形图，从图中可以看出电动机以全压方式空载启动时，启动电流很大，约0.4s时启动电流降至接近于零，电动机转速达到最大值，启动过程结束。在0.5s时加上额定负载，电动机电流增加，转速下降。图3(e)是电动机转矩曲线，由直流电动机的转矩公式TL=9.55CeInom可知，转矩变化取决于电流的变化，其波形变化与电流波形变化规律一致。图3(f)是直流电动机转矩-转速特性曲线，准确地表达出了启动过程中电动机转矩与转速变化的规律。

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供电电源电压：

 

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电枢电感：

La

电枢绕组和励磁绕组互感Laf的确定：

=0.0021H

Ce

通过对仿真结果进行分析，能够看出文中创建的仿真模型与直流电动机开环调速系统实际工作情况相吻合，能够反映出直流电动机开环调速系统的工作原理，为对实际系统的研究提供了很好的理论支持。

 

电动机转动惯量：

J=GD2/4g=22.5/9.8kg·m2=0.57kg·m2

假设直流电动机的额定参数为Uonm=220V，Ionm=136A，nonm=1460r/min，极对数P=2，Ra=0.21Ω，GD2=22.5Nm2；励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A，整流器内阻Rrec=1.3Ω，平波电抗器Lp=200Mh。

TL=9.55CeInom=9.55×0.132×17.5N·m

=22N·m

4 仿真分析

参数计算后，为图2所示的仿真模型赋值并进行仿真，仿真算法采用ode15s，仿真时间为1.5s，电动机空载启动，启动0.5s后突加额定负载，仿真结果如图3所示。

电动机励磁电阻：

可是艾莉恐惧。当大宅里只剩下她和奄奄一息的秦川，恐惧如影随形。她不知道秦川死去以后她该怎么办：独守空空荡荡的大宅，还是走回外面的世界？

  

(a)整流器输出电压波形 (b)电枢两端电压波形

  

(c)电枢电流波形 (d)电动机转速波形

  

(e)电动机转矩波形 (f)转矩-转速特性曲线图3 仿真波形图

5 结语

=0.132V·min/r

参考文献:

[1] 刘陆.MATLAB直流电动机控制系统的建模与仿真[J].兰州工业学院学报，2014(1):14-17.

[2] 孙静,许军.直流电动机双闭环调速系统的建模与仿真[J].工矿自动化，2012(1):73-75.

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[3] 谢海良，王爱花.车用开关磁阻电机的准线性数学建模与仿真[J].河南科学，2015(3)：394-397.

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