直流电机建模及仿真

电路方程

电枢回路的电压平衡方程式:
U=E+I∗Ra+LadIdt U=E+I*R_{a}+L_{a}\cfrac{dI}{dt} U=E+IRa+LadtdI

  • UUU----------电动机的电枢电压(V)
  • EEE----------电枢绕组的感应电势(V)
  • III-----------电枢电流(A)
  • RaR_{a}Ra--------电枢回路总电阻(Ω)
  • LaL_{a}La--------电枢回路电感(H)

直流电机的电枢电势方程式:
E=Ceϕn=Kew E=C_{e}\phi n=K_{e}w E=Ceϕn=Kew

  • CeC_{e}Ce-------电势常数:Ce=pN60aC_{e}=\cfrac{pN}{60a}Ce=60apN
  • ppp----------电机极对数
  • NNN---------电枢绕组的有效导体数
  • aaa----------电枢绕组的并联支路对数
  • ϕ\phiϕ----------每极磁通(Wb)
  • nnn----------电机转速(r/min)

直流电机的电磁转矩公式:
T=CTϕ I=KtI T=C_{T}\phi~I=K_{t}I T=CTϕ I=KtI

  • TTT----------电磁转矩(Nm)
  • CTC_{T}CT-------转矩常数:CT=pN2πaC_{T}=\cfrac{pN}{2\pi a}CT=2πapN
  • ppp----------电机极对数
  • NNN---------电枢绕组的有效导体数
  • aaa----------电枢绕组的并联支路对数
  • ϕ\phiϕ----------每极磁通(Wb)
  • III-----------电枢电流(A)

动力学方程

根据牛顿第二定律(旋转运动):
T−TL=Jdwdt T-T_{L}=J\cfrac{dw}{dt} TTL=Jdtdw
J=mr2=GgD24 J=mr^2=\cfrac{G}{g}\cfrac{D^2}{4} J=mr2=gG4D2
w=2πn60 w=\cfrac{2\pi n}{60} w=602πn

  • TTT----------电磁转矩(Nm)
  • TLT_{L}TL-------负载转矩(Nm)
  • JJJ----------转子转动惯量
  • www---------角速度
  • GGG----------转子所受重力
  • ggg----------重力加速度
  • DDD-----------转子直径
  • nnn-----------转速(r/min)

把直线运动的力F直接折算为旋转运动的转矩:
TLwη=Fv T_{L}w\eta=Fv TLwη=Fv

  • TLT_{L}TL-------负载转矩(Nm)
  • www---------角速度
  • η\etaη----------转换效率
  • FFF----------水平作用力
  • vvv----------水平作用力速度

数学模型

根据力学运动方程和电路方程,则可得:
IU−E=1Las+Ra \cfrac{I}{U-E} =\cfrac{1}{L_{a}s+R_{a}} UEI=Las+Ra1
E=Kew E=K_{e}w E=Kew
T=KtI T=K_{t}I T=KtI
w=T−TLJs w=\cfrac{T-T_{L}}{Js} w=JsTTL
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