第三周PLECS仿真

•计算额定工况下该电机的额定励磁电压为多少伏？

由题，额定电压为

                                               

•计算该电机的额定转速为多少（单位用转/分钟表示）？

由负载转矩等于电机转矩：

                                            

解为：

则额定转速为：

•在（转矩，转速）坐标系下画出该电机的固有机械特性

额定转矩为：12 N·m, 额定转速为：1870.1 r/min

空载转速为： 1909.9 r/min 空载转速：200 rad/s

做出固有机械特性如图：

 

•在仿真模型中，给电机加上额定励磁电压和额定电枢电压，负载转矩为额定负载转矩，观察电机电枢电流、电磁转矩、转速及其他感兴趣物理量的波形，看是否与上述计算结果一致。

由图，额定转速为

 

由图，额定电流为10A，额定转速为195.8 rad/s,与计算相同。

空载时：

 

空载转速为200 rad/s，与计算相同。

•先后将电枢电压降低一半，电枢回路串联4欧姆电阻，励磁电压降低一半，先计算在这三种情况下额定负载条件下的稳态转速，然后用仿真实验验证结果是否正确。

1. 将电枢电压降一半：

由于负载转矩不变，由

                             

则电枢电流不变，解为

则额定转速为：

仿真为：结果与计算相同

 

2. 电枢回路串联4欧姆电阻

负载转矩不变，由

                           

则电枢电流不变，解为

则额定转速为：

仿真结果与计算相同:

 

3.励磁电压降低一半：

 

负载转矩不变，由

                            

则电枢电流不变，解为

则额定转速为：

仿真结果与计算相同：

 

•利用教材上给出的直流电机启动和制动方法，在仿真模型中添加必要的元件（电阻、开关等），仿真直流电机通过绳轮带动一个重力负载上升和下降的过程（电机转速为正时表示重物上升，转速为负时重物下降），要求电机速度波形随时间如下变化：静止-》加速正转-》匀速正转-》减速正转-》加速反转-》匀速反转-》减速反转-》静止。在加减速过程，电机电枢电流不能超过额定电枢电流的3倍。重力负载等效转矩为12牛米。

额定电流为10A，因此电机电枢电流不能超过30A.

启动时采用串接外加电阻启动，反向时采用能耗制动，停机时采用加电压制动。

外加电阻启动：

T₁=2T=24 N·m,T₂=1.2T=14.4 N·m.

由机械特性图可知，n=1909,9-3.317T

则Ra/K₁K₂φ­²=3.317,

( R6+R5+R4+R3+R2+R1+Ra)/K₁K₂φ­²=79.58,

(R6+R5+R4+R3+R2+Ra)/K₁K₂φ­²=47.75

(R6+R5+R4+R3+Ra)/K₁K₂φ­²=28.65,

(R6+R5+R4+Ra)/K₁K₂φ­²=17.19,

(R6+R5+Ra)/K₁K₂φ­²=10.314,

(R6+Ra)/K₁K₂φ­²=6.2,

解为R6=0.43Ω, R5=0.62Ω, R4=1Ω, R3=1.73Ω, R2=2.88Ω, R1=4.8Ω

电源反接制动

反接时，反向电动势235V，电流不得大于30A，因此取Rad=8Ω

为了使电机不转，但是又必须有电机转矩，可加一个附加电压和附加电阻，

则设附加电阻为5Ω，电压为5.5*10=55V

电路图为：

其中左边部分为控制电源跃变为0，下部分为控制电机停转，上部分为利用电阻启动电机

仿真结果：

这个地方不是很理解电机最后转速为零的状态，因为是位能型负载，且转速需要为0。因为有转矩，所以还要有电流，所以这跟电机的一般的工作状态不太一样，这个地方还请老师指正一下。