DC-MOTOR直流电机的simulink建模与性能仿真

1.课题概述

         使用simulink建立一个DC电机模型，然后通过matlab调用该模型进行仿真，仿真结束之后，simulink的仿真输出结果通过matlab来显示。

2.系统仿真结果

3.核心程序与模型

版本：MATLAB2022a

Amplitude = 240; %电枢电压输入240V 
amplitude = 150; %励磁绕组输入150V  
%仿真模拟
tsim      = 2; %仿真时间
[t,x,y]   = sim('tops',tsim); 
%转速wm (rad/s) 
Speeds    = y(:,2);  
%电枢电流ia (A) 
Ia        = y(:,3);   
%励磁电流if (A)  
If        = y(:,4);   
%电磁转矩Te (N.m)  
Te        = y(:,5);    

figure
subplot (311)
plot(t,Speeds,'b','linewidth',2)
xlabel('时间 (s)')
ylabel('转速 wm (rad/s)')
grid on
legend('转速 wm (rad/s)')

subplot (312)
plot(t,Ia,'b','linewidth',2)
grid on
hold on;
plot(t,If,'r','linewidth',2)
xlabel('时间 (s)')  
ylabel('电流 (A)')  
legend('电枢电流 I_a (A)','励磁电流 I_f (A)')  

subplot (313)
plot(t,Te,'b','linewidth',2)
xlabel('时间 (s)')
ylabel('电磁转矩 Te (N.m)')
grid on
legend('电磁转矩 Te (N.m)')
18

4.系统原理简介

       直流电机是一种将直流电能转换为机械能的设备。它的基本工作原理基于洛伦兹力和法拉第电磁感应定律。在直流电机中，一个电流携带导体在磁场中会受到力的作用，从而产生旋转运动。

       直流电机基于通电流的导体在磁场中会受力的原理工作。具体来说，当直流电源通过电刷向电枢绕组供电时，电枢表面的N极下导体可以流过相同方向的电流，根据左手定则，导体将受到逆时针方向的力矩作用。同样，电枢表面S极下部分导体也流过相同方向的电流，也将受到逆时针方向的力矩作用。这样，整个电枢绕组即转子将按逆时针旋转，输入的直流电能就转换成转子轴上输出的机械能。

       直流电机的转子上绕有线圈，通入电流，定子作为磁场线圈也通入电流，产生定子磁场。通电流的转子线圈在定子磁场中会产生电动力，推动转子旋转。转子电流是通过整流子上的碳刷连接到直流电源的。

       此外，直流电机的换向器，也称为整流子，在直流电动机中的作用是将电刷上的直流电源的电流变换成电枢绕组内的交流电流，使电磁转矩的倾向稳定不变。在直流发电机中，它将电枢绕组交流电动势变换为电刷端上输出的直流电动势。

       直流电机的原理还基于法拉第电磁感应定律和楞次定律。当直流电流通过定子线圈时，会在定子中形成一个恒定的磁场，这个磁场会作用在转子上，使转子带着线圈一起旋转。在这个过程中，由于转子的旋转，线圈中的导线会穿过磁场，因此会在导线中产生感应电动势。根据楞次定律，这个感应电动势的方向与导线切割磁场的方向相反。因此，当电流通过线圈时，会产生一个力矩，使转子继续旋转。

       总的来说，直流电机的工作原理涉及电磁学、电路和机械等多个领域的知识，其核心在于利用磁场和电流之间的相互作用来实现电能和机械能之间的转换。