论文总字数：16918字

摘 要

现代生活中，小到家用电器（如电风扇，洗衣机等）大到工厂的机械生产，（如车床，钻床等）都与电动机密切相关。很多机械工作都是由电动机的拖动来完成的，而这种由电动机拖动而进行工作的机械系统就是本文要讨论的内容：电力拖动系统。

本文采用了一台他励直流电动机的运行，对直流电力拖动系统进行设计以及仿真。根据课题的要求，本文选择了由三级电阻组成的电枢回路串电阻起动方式起动，减弱磁通调速方式调速，反接制动方式制动，通过分析电机启动，调速，制动三种情况下的机械特性的计算，来对课题所设计的电力拖动系统进行可行的理论分析。

最后可以通过MATLAB软件对模型进行电力拖动系统的仿真运行，模拟出相关的机械特性曲线。然后通过模拟机械特性曲线与计算所得的机械特性曲线相比较，来确定电力拖动系统的稳定与可行性。

关键词：电力拖动；三相异步电机；仿真

Design and Simulation of small electric drive system

(sub topic 3)

Abstract

In modern life, from small household appliances (electric fans, washing machines, etc.) to the factory machinery production, (such as lathes, drilling, etc.) they are closely related with the motor. A lot of mechanical work is accomplished by the motor drive, and this is driven by the motor and to work the mechanical system is discussed in this paper to the contents of the electric drive system.

This paper uses a separately excited DC motor operation, design and Simulation of DC electric power drag system. According to the requirements of the subject, this paper chooses the composed of 3-resistance armature circuit series resistance starting way of starting, weaken flux speed control mode of speed control, reverse connect brake braking mode, feasible theoretical analysis through the analysis of the motor starting, speed, the calculation of mechanical properties under braking condition to the subject design of electric drive system.

Then use the MATLAB software to model for simulation of electric drive system and related mechanical characteristic curve are simulated. Then compare the mechanical characteristic curve of the simulation and the mechanical characteristic curve of the calculated to determine the stability and feasibility of electric drive system.

Key words: Electric Drive System；Three-phase Asynchronous Motor；imulation

目 录

摘 要 I

Abstract I

目 录 II

第一章 绪 论 1

1.1 电力拖动系统的组成与分类 1

1.2 电力拖动系统稳定运行的条件 1

1.3 MATLAB在电力拖动中的应用 1

第二章 电力拖动系统的计算 3

2.1 直流电机的基本知识 3

2.1.1 直流电机的构成 3

2.1.2 直流电机的工作原理 4

2.1.3直流电机的基本结构 4

2.2 他励直流电动机的机械特性 4

2.2.1他励直流电动机的机械特性方程式 5

2.2.2他励直流电动机的固有机械特性 6

2.2.3他励直流电动机的人为机械特性 6

2.3他励直流电动机的起动 7

2.3.1直接起动 7

2.3.2降低电枢绕组电压起动 8

2.3.3电枢回路串电阻起动 8

2.3.4起动电阻的计算 8

2.4他励直流电动机的制动 11

2.4.1能耗制动 11

2.4.2回馈制动 12

2.4.3反接制动 12

2.5他励直流电动机的调速 14

2.5.1调速指标 14

2.5.2电枢回路串电阻调速 14

2.5.3降低电枢绕组电压调速 14

2.5.4减弱磁通调速 15

第三章 Simulink建模验证 16

3.1 Simulink在电力拖动中的应用 16

3.2 Simulink建模 16

第四章 设计展望 21

4.1 直流电动机的电气控制 21

4.2 控制流程图 21

4.3 小结 21

致 谢 23

参考文献 24

第一章 绪 论

1.1 电力拖动系统的组成与分类

基本的电力拖动系统一般由以下这些基础的部分组成：控制设备、电动机、传动机构、生产机械和电源。由各种控制电机、电器及控制计算机等设备组成了相对应的控制设备，用电动机来完成电能转换成为机械能，通过传动机构来拖动生产机械运动来进行工作；负载和电动机通过传动机构连接，并且通过传动机构来控制电动机的输出速度以及运动方式。通过这些部分构成整个系统来实现对生产机械的相关控制。^[1]

他们之间的关系图如下

图1-1电力拖动系统的组成

如果按照电动机的种类进行分类，电力拖动系统分直流拖动电动机和交流拖动电动机两种。交流拖动系统具有结构简单，维修成本低，并且能在较为恶劣的环境下使用，并且交流拖动系统的发展使得其优势更大，正在逐步取代直流电机的地位，成为电力拖动的主流。本课题探讨的主要是采用他励直流电动机情况下的系统拖动情况。直流电动机具有调速机械特性好，调速范围大等优点，但是由于直流电机的两个部件电刷和换向器为易耗品，使得运行中有许多不便。在换向器等设备的日常维修上成本也相比交流电机较大，更适合于需要采用电瓶供电的场合里。

1.2 电力拖动系统稳定运行的条件

电力拖动系统是否能够稳定的运行，要求系统能在扰动作用下离开原来的平衡状态之后，仍能在新的运行条件下达到新的平衡，或者在去除扰动之后能够继续保持稳定平衡的状态。

稳定运行的要求：

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