畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-S7-200直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)及MATLAB仿真

1、目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc288658952 摘 要 PAGEREF _Toc288658952 h I HYPERLINK l _Toc288658953 ABSTRACT PAGEREF _Toc288658953 h II HYPERLINK l _Toc288658954 1引言 PAGEREF _Toc288658954 h 1 HYPERLINK l _Toc288658955 引言 PAGEREF _Toc288658955 h 1 HYPERLINK l _Toc288658956 2直流電動(dòng)機(jī)概述 PAGEREF _Toc28865

2、8956 h 1 HYPERLINK l _Toc288658957 簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc288658957 h 1 HYPERLINK l _Toc288658958 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) PAGEREF _Toc288658958 h 3 HYPERLINK l _Toc288658959 能耗制動(dòng)概述 PAGEREF _Toc288658959 h 6 HYPERLINK l _Toc288658960 電動(dòng)絞盤概述 PAGEREF _Toc288658960 h 7 HYPERLINK l _Toc288658961 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述 PAGEREF _Toc288658961 h 9

3、 HYPERLINK l _Toc288658962 仿真軟件的開展?fàn)顩r與應(yīng)用 PAGEREF _Toc288658962 h 9 HYPERLINK l _Toc288658963 2.7 MATLAB概述 PAGEREF _Toc288658963 h 10 HYPERLINK l _Toc288658964 2.8 Simulink概述 PAGEREF _Toc288658964 h 11 HYPERLINK l _Toc288658965 3電動(dòng)絞盤的電機(jī)技術(shù)與接線 PAGEREF _Toc288658965 h 12 HYPERLINK l _Toc288658966 電動(dòng)絞盤中電機(jī)

4、的選擇 PAGEREF _Toc288658966 h 12 HYPERLINK l _Toc288658967 電動(dòng)絞盤中電機(jī)的接線 PAGEREF _Toc288658967 h 14 HYPERLINK l _Toc288658968 4仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc288658968 h 16 HYPERLINK l _Toc288658969 系統(tǒng)對(duì)象 PAGEREF _Toc288658969 h 16 HYPERLINK l _Toc288658970 系統(tǒng)仿真運(yùn)行 PAGEREF _Toc288658970 h 17 HYPERLINK l _Toc28865897

5、1 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc288658971 h 20 HYPERLINK l _Toc288658972 致謝 PAGEREF _Toc288658972 h 21 摘 要本課題利用直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)方式中的能耗制動(dòng)原理，借助其制動(dòng)平穩(wěn)，準(zhǔn)確，能量消耗小等特點(diǎn)，比較完善的應(yīng)用于電動(dòng)絞盤。本文針對(duì)電流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的特點(diǎn)，在忽略了一局部對(duì)誤差影響較小而使算法復(fù)雜度大大增加的因素，對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)前后的內(nèi)部電壓、電流、及轉(zhuǎn)速進(jìn)行比照研究分析，再使用MATLAB中用于仿真模擬系統(tǒng)的SIMULINK對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)局部進(jìn)行封裝及連接，并為其設(shè)計(jì)了專用的模塊，同時(shí)對(duì)其中的一系列參數(shù)進(jìn)行了配置。系統(tǒng)啟動(dòng)

6、仿真后，各項(xiàng)參數(shù)都平穩(wěn)地到達(dá)零。通過系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)說明：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度高，實(shí)驗(yàn)過程時(shí)間短，工作穩(wěn)定可靠，根本滿足了設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；能耗制動(dòng)；電動(dòng)絞盤；MATLAB；SIMULINK ABSTRACTThis topic using dc machines of braking braking energy principle, with its smooth braking, accurate, little energy consumption characteristics, comparatively perfect used in electric winc

7、h. Aiming at the characteristics of current motor braking energy,Part of the error in ignore less influence and make algorithm complexity greatly increase the factors of the motor braking before and after the internal voltage, current, and rotational comparative study analysis, then use MATLAB used

8、in the simulation system of SIMULINK for parts of the system encapsulate and connection and for its design the dedicated module, and in which a series of parameters for the configuration. System startup simulation, the parameters are poised to achieve zero. Through the system simulation experiment s

9、hows that the system design is reasonable, a high degree of automation, experimental process time is short, stable and reliable, basic to satisfy the design requirements.KeyWords: Dc motor, Braking energy, Electric winch, MATLAB, SIMULINK1引言 引言電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已普及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通

10、運(yùn)輸，國(guó)防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品如電冰箱，空調(diào)，DVD等中，都大量使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料顯示，在所有動(dòng)力資源中，百分之九十以上來(lái)自電動(dòng)機(jī)。同樣，我國(guó)生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時(shí)代，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制應(yīng)用比較多。簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器，可編程控制器和開關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有一類控制叫復(fù)雜控制，是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進(jìn)行控制。2直流電動(dòng)機(jī)概述簡(jiǎn)介直流電動(dòng)機(jī)就是將直流

11、電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/133257.htm t _blank 直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì) /view/1604982.htm t _blank 勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問題。 根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為以下幾種類型。2.1.1他勵(lì)直流電機(jī) 勵(lì)磁繞組與 HYPERLINK :/baike.baidu /view/962375.htm t _blank 電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供 電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)。view/1617359.htm t _blank 永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)

12、直流電機(jī)。并勵(lì)直流電機(jī) 并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1082654.htm t _blank 繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)說，是電機(jī)本身發(fā)出來(lái)的端 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10954.htm t _blank 電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。 串勵(lì)直流電機(jī) 串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。這種直流電機(jī)的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/687228.htm t _blank 勵(lì)磁

13、電流就是電樞電流。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3826899.htm t _blank 復(fù)勵(lì)直流電機(jī) 復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組。假設(shè)串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3826901.htm t _blank 并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。假設(shè)兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，那么稱為差復(fù)勵(lì)。 不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式， HYPERLINK :/baike.baidu /view/106753.htm t _blank 直流發(fā)電機(jī)的主要

14、勵(lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和和復(fù)勵(lì)式。 直流電動(dòng)機(jī)四種勵(lì)磁方式接線：他勵(lì)和自勵(lì)串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)2.2結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)直流電機(jī)分為兩局部： HYPERLINK :/baike.baidu /view/509193.htm t _blank 定子與轉(zhuǎn)子。記住定子與轉(zhuǎn)子都是由那幾局部構(gòu)成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩個(gè)的作用。 定子包括：主 HYPERLINK :/baike.baidu /view/129754.htm t _blank 磁極，機(jī)座，換向極， HYPERLINK :/baike.baidu /view/1058552.htm t _blank 電刷裝置等。 轉(zhuǎn)子包括：電

15、樞鐵芯，電樞繞組， HYPERLINK :/baike.baidu /view/1929.htm t _blank 換向器，軸和風(fēng)扇等。特點(diǎn)有：(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能，是指 HYPERLINK :/baike.baidu /view/157572.htm t _blank 電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2352498.htm t _blank 無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。 (二)起動(dòng)力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，但凡在重負(fù)載下起動(dòng)或要

16、求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/133617.htm t _blank 電車等，都用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)2.機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 隨轉(zhuǎn)矩T而變化的特性【n=f(T)】稱為機(jī)械特性。它是選用電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。各類電動(dòng)機(jī)都因有自己的機(jī)械特性而適用于不同的場(chǎng)合。幾種直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性見圖2。 調(diào)速 從直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路看,電源電壓U與電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E和電樞電流Z在電樞回路電阻R上的電壓降必須平衡。即 U=Ed+IdRd 反電動(dòng)勢(shì)又與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和磁通有關(guān)，電樞電流又與機(jī)械轉(zhuǎn)矩M和磁通

17、有關(guān)。即 z4系列直流電動(dòng)機(jī) Ed=Cn M=CId式中C 為常數(shù)。由此可得 式中n0為空載轉(zhuǎn)速,k 為R/C2。以上是未考慮鐵心飽和等因素時(shí)的理想關(guān)系，但對(duì)實(shí)際直流電動(dòng)機(jī)的分析也有指導(dǎo)意義。 由上可見直流電動(dòng)機(jī)有3種調(diào)速方法:調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流、調(diào)節(jié)電樞端電壓和調(diào)節(jié)串入電樞回路的電阻。調(diào)節(jié)電樞回路串聯(lián)電阻的方法比較簡(jiǎn)便，但能耗較大； 且在輕負(fù)載時(shí)，由于負(fù)載電流小，串聯(lián)電阻上電壓降小，故轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)很不靈敏。調(diào)節(jié)電樞端電壓并適當(dāng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，可以使直流電動(dòng)機(jī)在寬范圍內(nèi)平滑地調(diào)速。端電壓加大使轉(zhuǎn)速升高，勵(lì)磁電流加大使轉(zhuǎn)速降低，二者配合得當(dāng)，可使電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。調(diào)速中應(yīng)注意高速運(yùn)行時(shí)，換向條件惡化，低

18、速運(yùn)行時(shí)冷卻條件變壞，從而限制了電動(dòng)機(jī)的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/44147.htm t _blank 功率。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)由于它的機(jī)械特性(圖2)接近恒功率特性,低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，故廣泛用于電動(dòng)車輛牽引，在電車中常用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上既有串勵(lì)又有并勵(lì)的復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。利用串、并聯(lián)改接的方法使電機(jī)端電壓成倍地變化串聯(lián)時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓只有并聯(lián)時(shí)的一半，從而可經(jīng)濟(jì)地獲得更大范圍的調(diào)速和減少起動(dòng)時(shí)的電能消耗。直流電動(dòng)機(jī)控制的開展歷史常用的控制直流電動(dòng)機(jī)有以下幾種:第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這

19、種方法簡(jiǎn)單易行設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)(也稱為旋轉(zhuǎn)變流組)，配合采用磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍(十比一至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反應(yīng)給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動(dòng)特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流

20、器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能比較的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn):維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等。第四，1957年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強(qiáng)大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長(zhǎng)、維修簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機(jī)組(放大倍數(shù)10)高1000

21、倍，比汞弧變流器(放大倍數(shù)1000)高10倍;在響應(yīng)快速性上，機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管變流裝置為毫秒級(jí)。14從20世紀(jì)80年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了以往的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動(dòng)完成一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路也實(shí)現(xiàn)了高度集成化、小型化、高可靠性及低本錢。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，直流調(diào)速技術(shù)不斷開展。隨著微型計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的深入開展，直流電動(dòng)機(jī)控制也裝置不斷向前開展。微機(jī)的應(yīng)用使直流電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)趨向于數(shù)字化、智能化，極大

22、地推動(dòng)了電氣傳動(dòng)的開展。近年來(lái)，一些先進(jìn)國(guó)家陸續(xù)推出并大量使用以微機(jī)為控制核心的直流電氣傳動(dòng)裝置，如西門子公司的SIMOREG K 6RA24、ABB公司的PAD/PSD等等。隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對(duì)自動(dòng)化的需求也越來(lái)越高，直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。例如，軍事和宇航方面的雷達(dá)天線，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對(duì)太陽(yáng)得跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專用加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，塑料機(jī)械，印刷機(jī)械，繞線機(jī)，紡織機(jī)械，工業(yè)縫紉機(jī)，泵和壓縮機(jī)等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤驅(qū)動(dòng)器，各種光盤驅(qū)動(dòng)器，繪圖儀，掃描儀，打印機(jī)， 機(jī)，復(fù)印機(jī)

23、等設(shè)備的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)，錄像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，洗衣機(jī)，冰箱，電扇等的控制。隨著計(jì)算機(jī)，微電子技術(shù)的開展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的控制策略也發(fā)生了深刻的變化。電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的開展得力于微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，永磁材料技術(shù)，微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新開展成就。變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)已成為電動(dòng)機(jī)控制的主流技術(shù)。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。其中，電動(dòng)機(jī)控制策略的模擬實(shí)現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺(tái)，而采用微處理器，通用計(jì)算機(jī)，F(xiàn)PGA/CPLD，DSP控制器等現(xiàn)代手段構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)得到了迅速開展。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)局部所采用的功率器件經(jīng)歷了

24、幾次的更新?lián)Q代以后，速度更快，控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT逐漸成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動(dòng)機(jī)控制方法能夠得到實(shí)現(xiàn)。其中，脈寬調(diào)制PWM方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。永磁材料技術(shù)的突破與微電子技術(shù)的結(jié)合又產(chǎn)生了一批新型的電動(dòng)機(jī)，如永磁直流電動(dòng)機(jī)，交流伺服電動(dòng)機(jī)，超聲波電動(dòng)機(jī)等。由于有微處理器和傳感器作為新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成局部，所以又稱這種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。所以應(yīng)用先進(jìn)控制算法，開發(fā)全數(shù)字化智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將成為新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開展方向。17在那些對(duì)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場(chǎng)合如數(shù)控

25、機(jī)床，工業(yè)縫紉機(jī)，磁盤驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)， 機(jī)等設(shè)備中，要求電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化，傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。為了適應(yīng)時(shí)代的開展，現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網(wǎng)絡(luò)化，信息化，模糊化的方向不斷前進(jìn)。能耗制動(dòng)概述概念所謂能耗制動(dòng)，即在電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個(gè)直流電壓，即通入直流電流，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)的作用已到達(dá)制動(dòng)的目的。又分為直流電機(jī)的能耗制動(dòng)和交流電機(jī)的能耗制動(dòng)。直流電機(jī)的能耗制動(dòng)：電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)假設(shè)把外施電樞電壓U突然降為零，而將電樞串接一個(gè)附加電阻R，即將電樞兩端從電網(wǎng)斷開，并迅速接到一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮枭?。電?dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)

26、運(yùn)行狀態(tài)，將轉(zhuǎn)動(dòng)局部的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電阻上。隨著動(dòng)能的消耗，轉(zhuǎn)速下降，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也越來(lái)越小，因此這種制動(dòng)方法在轉(zhuǎn)速還比較高時(shí)制動(dòng)作用比較大，隨著轉(zhuǎn)速的下降，制動(dòng)作用也隨著減小。交流電機(jī)的能耗制動(dòng)：電機(jī)在正常運(yùn)行中，為了迅速停車，不僅斷開三相交流電源，還要在定子線圈中接入直流電源，在定子線圈中通入直流電流，形成磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁場(chǎng)，而在轉(zhuǎn)子中形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，產(chǎn)生制動(dòng)作用，最終使電機(jī)停止。在電機(jī)的轉(zhuǎn)子中穿入不同的電阻和在電機(jī)的定子中接入不同的直流電流，可以產(chǎn)生不同的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。特點(diǎn)：當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降為零時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也將為零，所以能耗制動(dòng)能使

27、電機(jī)準(zhǔn)確停車。原理根據(jù)左手定那么確定出轉(zhuǎn)子電流和恒定磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速方向相反，故為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此時(shí)電機(jī)把原來(lái)儲(chǔ)存的動(dòng)能或重物的位能吸收后變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電路中。能耗制動(dòng)就是將運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)，從交流電源上切除并立即接通直流電源，在定子繞組接通直流電源時(shí)，直流電流會(huì)在定子內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)靜止的直流磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子因慣性在磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)有感應(yīng)電流流過，并與恒定磁場(chǎng)相互作用消耗電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣性能量產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使電動(dòng)機(jī)迅速減速，最后停止轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)電路圖 電動(dòng)絞盤概述當(dāng)今工業(yè)開展迅速，汽車輪船等重工業(yè)產(chǎn)品日新月異，愈來(lái)愈多。絞盤Winch，包括手動(dòng)絞盤、電動(dòng)絞盤

28、、液壓絞盤、氣動(dòng)絞盤和機(jī)械絞盤主要用于越野汽車、農(nóng)用汽車、ATV運(yùn)動(dòng)車、游艇、以及其它特別車輛。是車輛、船只的自我保護(hù)及牽引裝置，可在雪地、沼澤、沙漠、海灘、泥濘山路等惡劣環(huán)境中進(jìn)行車輛自救，并可能在其它條件下，進(jìn)行清障、拖拉物品、安裝設(shè)施等作業(yè)，是軍警、石油、水文、環(huán)保、林業(yè)、交通、公安、邊防、消防及其它野外運(yùn)動(dòng)不可缺少的平安裝置。電動(dòng)絞盤需要用電，依靠車輛自身的電力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)絞盤，優(yōu)點(diǎn)：可以在車輛死火的情況下根本正常使用(這是它最大優(yōu)點(diǎn)是其他絞盤無(wú)法比較的，尤其對(duì)于水多的地區(qū)有很大優(yōu)勢(shì)，安裝簡(jiǎn)單可以實(shí)現(xiàn)多位置安裝及迅速移位。電動(dòng)絞盤的驅(qū)動(dòng)裝置是電機(jī)，電機(jī)是以磁場(chǎng)為媒介進(jìn)行機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換

29、的電磁裝置。為在微型電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場(chǎng)，可以有兩種方法。一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通電流產(chǎn)生，既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷供應(yīng)能量以維持電流流動(dòng)，例如普通的直流電機(jī)和減速電機(jī)；另一種是由永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，既可簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量，這就是永磁直流電機(jī)。永磁直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。永磁直流電機(jī)的開展同永磁材料的開展密切相關(guān)，從天然磁石Fe3O4到稀土永磁，磁性能有了很大提高，各種永磁直流電機(jī)的功率小至數(shù)毫瓦，大至幾十千瓦，在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)量急劇增加。永磁直流電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場(chǎng)，

30、但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場(chǎng)極為困難。永磁發(fā)電機(jī)難以從外部調(diào)節(jié)其輸出電壓和功率因數(shù)，永磁直流電動(dòng)機(jī)不能再用改變勵(lì)磁的方法來(lái)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。這些使永磁直流電機(jī)的應(yīng)用范圍受到了限制。但是，隨著MOSFET、IGBT等電力電子器件和控制技術(shù)的迅猛開展，大多數(shù)永磁直流電機(jī)在應(yīng)用中，可以不必進(jìn)行磁場(chǎng)控制而只進(jìn)行電樞控制。設(shè)計(jì)時(shí)需要把稀土永磁材料、電力電子器件和微機(jī)控制三項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使永磁直流電機(jī)在嶄新的工況下運(yùn)行。電動(dòng)絞盤系統(tǒng)仿真技術(shù)概述系統(tǒng)是由客觀世界中實(shí)體與實(shí)體間的相互作用和相互依賴關(guān)系構(gòu)成的具有某種特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)的分類方法是多種多樣的，習(xí)慣上依照其應(yīng)用范圍可以將系統(tǒng)分為工程系統(tǒng)和非工

31、程系統(tǒng)。工程系統(tǒng)的含義是指由相互關(guān)聯(lián)部件組成的一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)特定的目的。例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是由執(zhí)行部件、功率轉(zhuǎn)換部件、檢測(cè)部件所組成，用它來(lái)完成電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置和其他參數(shù)控制的某個(gè)特定目標(biāo)。非工程系統(tǒng)的定義范圍很廣，大至宇宙，小至原子，只要存在著相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系，形成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)某種目的的均可以認(rèn)為是系統(tǒng)。如果想定量地研究系統(tǒng)地行為，可以將其本身的特性及內(nèi)部的相互關(guān)系抽象出來(lái)，構(gòu)造出系統(tǒng)的模型。系統(tǒng)的模型分為物理模型和數(shù)學(xué)模型。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速開展和廣泛應(yīng)用，數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用越來(lái)越普遍。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，用來(lái)表示系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程中的各個(gè)量的關(guān)系，是分

32、析、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的依據(jù)。從它所描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和數(shù)學(xué)工具來(lái)分，又可以分為連續(xù)系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)、混雜系統(tǒng)等。還可細(xì)分為線性、非線性、定常、時(shí)變、集中參數(shù)、分布參數(shù)、確定性、隨機(jī)等子類。系統(tǒng)仿真是根據(jù)被研究的真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型研究系統(tǒng)性能的一門學(xué)科，現(xiàn)在尤指利用計(jì)算機(jī)去研究數(shù)學(xué)模型行為的方法。計(jì)算機(jī)仿真的根本內(nèi)容包括系統(tǒng)、模型、算法、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果顯示、分析與驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。仿真軟件的開展?fàn)顩r與應(yīng)用早期的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)大致經(jīng)歷了幾個(gè)階段：20世紀(jì)40年代模擬計(jì)算機(jī)仿真；50年代初數(shù)字仿真；60年代早期仿真語(yǔ)言的出現(xiàn)等。80年代出現(xiàn)的面向?qū)ο蠓抡婕夹g(shù)為系統(tǒng)仿真方法注入了活力。我國(guó)

33、早在50年代就開始研究仿真技術(shù)了，當(dāng)時(shí)主要用于國(guó)防領(lǐng)域，以模擬計(jì)算機(jī)的仿真為主。70年代初開始應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真4。隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的普及，近20年以來(lái)，國(guó)際、國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了許多專門用于計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的仿真語(yǔ)言與工具，如CSMP，ACSL， SIMNOM， MATLAB/Simulink， Matrix/System Build， CSMP-C等。2.7 MATLAB概述MATLAB是國(guó)際上仿真領(lǐng)域最權(quán)威、最實(shí)用的計(jì)算機(jī)工具。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件，被譽(yù)為“巨人肩上的工具。8MATLAB是一種應(yīng)用于計(jì)算技術(shù)的高性能語(yǔ)言。它將計(jì)算，可視化和編

34、程結(jié)合在一個(gè)易于使用的環(huán)境中，此而將問題解決方案表示成我們所熟悉的數(shù)學(xué)符號(hào)，其典型的使用包括:.數(shù)學(xué)計(jì)算.運(yùn)算法那么的推導(dǎo).模型仿真和復(fù)原.數(shù)據(jù)分析，采集及可視化.科技和工程制圖.開發(fā)軟件，包括圖形用戶界面的建立MATLAB是一個(gè)交互式系統(tǒng)，它的根本數(shù)據(jù)元素是矩陣，且不需要指定大小。通過它可以解決很多技術(shù)計(jì)算問題，尤其是帶有矩陣和矢量公式推導(dǎo)的問題，有時(shí)還能寫入非交互式語(yǔ)言如C和Fortran等。MATLAB的名字象征著矩陣庫(kù)。它最初被開發(fā)出來(lái)是為了方便訪問由LINPACK和EISPAK開發(fā)的矩陣軟件，其代表著藝術(shù)級(jí)的矩陣計(jì)算軟件。MATLAB在擁有很多用戶的同時(shí)經(jīng)歷了許多年的開展時(shí)期。在大學(xué)

35、環(huán)境中，它作為介紹性的教育工具，以及在進(jìn)階課程中應(yīng)用于數(shù)學(xué)，工程和科學(xué)。在工業(yè)上它是用于高生產(chǎn)力研究，開發(fā)，分析的工具之一。MATLAB的一系列的特殊應(yīng)用解決方案稱為工具箱toolboxes。作為用戶不可缺少的工具箱，它可以使你學(xué)習(xí)和使用專門技術(shù)。工具箱包含著M-file集，它使MATLAB可延展至解決特殊類的問題。在工具箱的范圍內(nèi)可以解決單個(gè)過程，控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊邏輯，小波，仿真及其他很多問題。經(jīng)過幾十年的完善和擴(kuò)充，它已開展成線形代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具。在美國(guó)，MATLAB是大學(xué)生和研究生必修的課程之一。美國(guó)許多大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室都安裝有MATLAB，供學(xué)習(xí)和研究之用。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算

36、、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系統(tǒng)框圖和仿真環(huán)境的組件，其包含有大量的模塊集，可以很方便的調(diào)取各種模塊來(lái)搭建所設(shè)想的試驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)SIMULINK還提供時(shí)域和頻域分析工具，能夠直接繪制系統(tǒng)的Bode圖和Nyquist圖。3MATLAB系統(tǒng)可分為五個(gè)局部:MATLAB語(yǔ)言。 這是一種高級(jí)矩陣語(yǔ)言，其有著控制流程狀態(tài)，功能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入輸出及面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴Ｋ扔小靶⌒途幊痰墓δ?，快速建立小型可棄程序，又有“大型編程的功能，開發(fā)一個(gè)完整的大型復(fù)雜應(yīng)用程序。MATLAB的工作環(huán)境。 這是一套工具和設(shè)備方便用戶

37、和編程者使用MATLAB。它包含有在你的工作空間進(jìn)行管理變量及輸入和采集數(shù)據(jù)的設(shè)備。同時(shí)也有開發(fā)，管理，調(diào)試，( profiling M-files， MATLABs applications。)的系列工具。圖形操作。 這是MATLAB的圖形系統(tǒng)。它包含有系列高級(jí)命令，其內(nèi)容包括二維及三維數(shù)據(jù)可視化，圖形處理，動(dòng)畫制作，表現(xiàn)圖形。同時(shí)它也提供低級(jí)命令便于用戶完全定制圖形界面并在你的MATLAB軟件中建立完整的用戶圖形界面。MATLAB數(shù)據(jù)功能庫(kù)。 它擁有龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算法那么的集合，包含有根本的加，正弦，余弦功能到復(fù)雜的求逆矩陣及求矩陣的特征值， Bessel功能和快速傅立葉變換。MATLAB應(yīng)

38、用程序編程界面。 這是一個(gè)允許你在MATLAB界面下編寫C和Fortran程序的庫(kù)。它方便從MATLAB中調(diào)用例程(即動(dòng)態(tài)鏈接)，使MATLAB成為一個(gè)計(jì)算器，用于讀寫MAT-files。2.8 Simulink概述Simulink是用于仿真建模及分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一組程序包，它支持線形和非線性系統(tǒng)，能在連續(xù)時(shí)間，離散時(shí)間或兩者的復(fù)合情況下建模。系統(tǒng)也能采用復(fù)合速率，也就是用不同的局部用不同的速率來(lái)采樣和更新。Simulink提供一個(gè)圖形化用戶界面用于建模，用鼠標(biāo)拖拉塊狀圖表即可完成建模。在此界面下能像用鉛筆在紙上一樣畫模型。相對(duì)于以前的仿真需要用語(yǔ)言和程序來(lái)說明不同的方程式而言有了極大的進(jìn)步。S

39、imulink擁有全面的庫(kù)，如接收器，信號(hào)源，線形及非線形組塊和連接器。同時(shí)也能自己定義和建立自己的塊。模塊有等級(jí)之分，因此可以由頂層往下的步驟也可以選擇從底層往上建模?？梢栽诟邔由辖y(tǒng)觀系統(tǒng)，然后雙擊模塊來(lái)觀看下一層的模型細(xì)節(jié)。這種途徑可以深入了解模型的組織和模塊之間的相互作用。在定義了一個(gè)模型后，就可以進(jìn)行仿真了，用綜合方法的選擇或用Simulink的菜單或MATLAB命令窗口的命令鍵入。菜單的獨(dú)特性便于交互式工作，當(dāng)然命令行對(duì)于運(yùn)行仿真的分支是很有用的。使用scopes或其他顯示模塊就可在模擬運(yùn)行時(shí)看到模擬結(jié)果。進(jìn)一步，可以改變其中的參數(shù)同時(shí)可以立即看到結(jié)果的改變，仿真結(jié)果可以放到MATL

40、AB工作空間來(lái)做后處理和可視化。模型分析工具包括線性化工具和微調(diào)工具，它們可以從MATLAB命令行直接訪問，同時(shí)還有很多MATLAB的toolboxes中的工具。因?yàn)镸ATLAB和Simulink是一體的，所以可以仿真，分析，修改模型在兩者中的任一環(huán)境中進(jìn)行。3電動(dòng)絞盤的電機(jī)技術(shù)與接線電動(dòng)絞盤中電機(jī)的選擇為在微型電機(jī)內(nèi)建立進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場(chǎng)，可以有兩種方法。一種是在電機(jī)繞組內(nèi)通電流產(chǎn)生，既需要有專門的繞組和相應(yīng)的裝置，又需要不斷供應(yīng)能量以維持電流流動(dòng)，例如普通的直流電機(jī)和減速電機(jī)；另一種是由永磁體來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，既可簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，又可節(jié)約能量，這就是永磁直流電機(jī)。永磁直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)

41、主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。永磁直流電機(jī)的開展同永磁材料的開展密切相關(guān)，從天然磁石Fe3O4到稀土永磁，磁性能有了很大提高，各種永磁直流電機(jī)的功率小至數(shù)毫瓦，大至幾十千瓦，在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)量急劇增加。永磁直流電機(jī)制成后不需外界能量即可維持其磁場(chǎng)，但也造成從外部調(diào)節(jié)、控制其磁場(chǎng)極為困難。永磁發(fā)電機(jī)難以從外部調(diào)節(jié)其輸出電壓和功率因數(shù)，永磁直流電動(dòng)機(jī)不能再用改變勵(lì)磁的方法來(lái)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。這些使永磁直流電機(jī)的應(yīng)用范圍受到了限制。但是，隨著MOSFET、IGBT等電力電子器件和控制技術(shù)的迅猛開展，大多數(shù)永磁直流電機(jī)在應(yīng)用中，可以不必進(jìn)行磁場(chǎng)控制而只進(jìn)行電樞控

42、制。設(shè)計(jì)時(shí)需要把稀土永磁材料、電力電子器件和微機(jī)控制三項(xiàng)新技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使永磁直流電機(jī)在嶄新的工況下運(yùn)行。永磁直流電機(jī)與串激直流電機(jī)比較：(1)串激直流電機(jī)的電感和電阻都比永磁直流電機(jī)大；因此串激直流電機(jī)的第一階段的起動(dòng)過渡過程的滯后時(shí)間較大，損耗相應(yīng)較大； (2)永磁直流電機(jī)的磁通N幾乎等于常數(shù)，而串激直流電機(jī)的磁通是隨電流Ia的變化而逐漸增大；因此在合閘初瞬，永磁直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩比串激直流電機(jī)大； (3)在相同的電壓作用下，永磁直流電機(jī)的制動(dòng)電流大于串激直流電動(dòng)機(jī)；在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，永磁直流電機(jī)的磁通N是常數(shù)，而串激直流電機(jī)的磁通是隨制動(dòng)電流增大的；因此起動(dòng)瞬間處于制動(dòng)狀態(tài)n=0，導(dǎo)致永磁直

43、流電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于串激直流電機(jī)； (4)起動(dòng)過程中，串激直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩還沒有到達(dá)最大值(即電樞電流還沒有到達(dá)最大值)，就迅速衰減。而永磁直流電機(jī)無(wú)磁通隨起動(dòng)電流衰減之慮，因而到達(dá)最大電磁轉(zhuǎn)矩較快； (5)最大電磁轉(zhuǎn)矩是標(biāo)志汽車起動(dòng)電機(jī)的輸出功率；因此在相同體積的電動(dòng)機(jī)中，永磁直流電機(jī)的輸出功率大于串激直流電機(jī)。 通過電機(jī)學(xué)技術(shù)分析，同樣大的起動(dòng)電流時(shí)，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，常用于起動(dòng)較為困難的場(chǎng)合；串勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大時(shí)轉(zhuǎn)速在減少，功率增加緩慢，故轉(zhuǎn)矩過載能力較強(qiáng)；串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不允許空載起動(dòng)和運(yùn)行。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 永磁直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)絞盤中電機(jī)的接線永磁直流電機(jī)的電池連接方式：永磁直流電機(jī)

44、制成后不需外界能量即可維持其磁場(chǎng)，因此只需要將電池正負(fù)極直接接入電機(jī)兩個(gè)電源端子就可以了。功率比較大的永磁直流電動(dòng)絞盤開始配上繼電器控制總成控制盒，在電池正負(fù)極通過控制盒后，仍舊是兩條線直接連接電機(jī)的兩個(gè)輸入端子。串勵(lì)直流電機(jī)的電池連結(jié)方式：為了給電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)提供勵(lì)磁電流，需要對(duì)勵(lì)磁繞組與電樞回路同時(shí)供電，因此，我們常用下面的連線示意圖來(lái)指導(dǎo)下面的電池連接。串勵(lì)激直流電動(dòng)絞盤控制器電源連結(jié)示意圖由控制總成導(dǎo)出的線端分別連結(jié)A、F1和F2，這三個(gè)端子通常在絞盤的后面。接地線端子，通常在絞盤的底面，并需要同時(shí)與來(lái)自控制器的接線端子特細(xì)黑線連接。4仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)象本次研究對(duì)象為5HP/240V直流電動(dòng)機(jī)，直流電源電壓為280V，電機(jī)負(fù)荷扭矩常量設(shè)為10。系統(tǒng)分塊電源直流電機(jī)電源電壓選擇280V直流電源。電機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 隨轉(zhuǎn)矩T而變化的特性【n=f(T)】稱為機(jī)械特性。它是選用電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。各類電動(dòng)機(jī)都因有自己的機(jī)械