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他励直流电动机反接制动仿真
工作原理
直流电动机的反接制动分为电压反向的反接制动和倒拉反接制动。电压反向反接制动作用用于电动机的快速停机,而倒拉反接制动用于低速下放位能负载。反接制动就是通过调换电动机电枢电压方向以改变电枢电流方向,从而使电动机的电磁转矩方向发生改变,最终实现电动机制动。
当电动机在电动运转状态下以稳定的转速n运行时候,如图1-1所示,为了使工作机构迅速停车,可在维持励磁电流不变的情况下,突然改变电枢两端外施电压的极性,并同时串入电阻,如图1-2所示。由于电枢反接这样操作,制动作用会更加强烈,制动更快。电机反接制动时候,电网供给的能量和生产机械的动能都消耗在电阻Ra+Rb上面。
图1-1 制动前的电路图
图1-2 制动后的电路图
同时也可以用机械特性来说明制动过程。电动状态的机械特性如下图三的特性1 n与T的关系为
电压反向反接制动时,n与T的关系为
其机械特性如图1-3中的特性2。设电动机拖动反抗性恒转矩负载,负载特性如图1-3中的特性3。
图1-3 反接制动迅速停机过程
制动前,系统工作在机械特性1与负载特性3的交点a上,制动瞬间,工作点平移到特性2上的b点,T反向,成为制动转矩,制动过程开始。在T和的共同作用下,转速n迅速下降,工作点沿特性2由b移至c点,这是,应立即断开电源,使制动过程结束。否则电动机将反向起动,到d点去反向稳定运行。
电压反向反接制动的效果与制动电阻的大小有关,小,制动过程短,停机快,但制动过程中的但制动过程中的最大电枢电流,即工作于b点时的电枢电流不得超过。由图1-3可知,只考虑绝对值时
式中,Eb=Ea。由此求得电压反接制动的制动电阻为
使用Simulink建立直流电动机的电压反向反接制动的仿真模型,仿真分析获得转速。电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。
电机参数及其计算
电动机: =150kW; =1200; =350A; =0.05。
主回路: =0.08;=2 。
负载及电动机转动惯量: =125。
计算得到此直流电动机的相关参数如下。
电势常数:===0.185。
转矩常数:==
电磁时间常数:===0.025。
机电时间常数:
仿真步骤
仿真原理图
图1 他励直流电动机反接制动仿真原理图
子系统模块
2.1 DC Machine 模块
在对话框中,直流电机模块的具体参数设置如图2-1所示。
图 2-1 DC Machine 模块参数设置
2.2 Series RLC Branch 模块
此模块中,Series RLC Branch模块中,Resistor(Ohms)设置为10000,、Inductance(H)设置为0、Capacitance( Ohms)设置为inf;
Series RLC Branch1模块中,Resistor(Ohms)设置为5,、Inductance(H)设置为0、Capacitance( Ohms)设置为inf; 如图2-2所示 图2-2-1 Series RLC Branch模块参数 图2-2-2 Series RLC Branch1模块参数
Timer模块
设置参数如图2-3所示
图2-3-1 Timer 模块参数 图2-3-2 Timer1 模块参数
Ideal Switch 模块
参数如下图所示
图2-4-1 Ideal Switch 模块参数 图2-4-2 Ideal Switch1 模块参数
2.5 XY Graph 模块
参数如下图所示
其他参数设置
直流电压参数设置为240V,constant的值设置为120、. Constant1的值设置为0、Gain 的参数设为9.88.
仿真结果分析
仿真结果
图4-1 他励直流电动机电压反向反接制动仿真结果
图4-2 他励直流电动机电压反向反接制动时电压的变化
图4-3 他励直流电动机反接制动转速—电流关系仿真结果
结果分析
通过图4-1可以看出当在电机的电压反向反接制动时,转速慢慢减小直至零,而回路电流则突变为零。由此可以知道电压反接制动可以实现电机的快速停止。
图4-2可以知道他励直流电动机电压反向反接制动时电压的变化,在制动的一瞬间减小然后在很短的时间内变大,但是低于原来回路的电压,之后慢慢减小。
图4-3 表示的是转速与电流的关系,制动前转速保持不变,制动后转速慢慢的减小,直至电动机停止。
通过此次的Matlab 的仿真,我学会了怎么样去设置参数和调节参数,对图中所表达的含义有了更深一步的理解,希望在以后的日子里更
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