用右手定则判 感应电动势Ea的方向
I + U –
感应电动势
a
E
N
E
电枢绕组 电阻Ra
S
输出电压
E K E n
U E I a Ra
3.电机拖动系统仿真 目的
以直流电动机为动力的电力拖动系统称为 直流电力拖动系统。生产机械运行时，对拖动 电动机的启动、制动和调速有着不同的规律和 要求。通过应用计算机拖动系统教学的仿真技 术构造直流拖动仿真系统，模拟拖动系统的工 作过程，展现拖动系统的基本运动规律，是研 究的重要手段，也是电力电子与电机系统分析 和控制设计的重要基础。
3.1电机拖动系统仿真的主要内容
DC电机直接启动: 直接启动是将额定电压直接加载到电机电枢两端
的电动机启动方式，具有启动设备简单，启动转
矩大、速度快，启动电流大的的动态过程，通过 可视化的仿真，掌握启动过程的变化规律。
DC电机限流启动: 由于直接启动电流过大，为了限制启动电流，串
电阻分级启动是常用方法之一。在电源和电动机 之间加上启动变阻箱，通过电阻的变化限制电流
2.3.1
3.2 仿真原理
一、起动过程
以三级电阻起动时电动机为例

S
U
S1 S2
M

n
S3
nN
n0
h
Tem I
n3
f 3
g Ra
e
c
a
Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3
d
b
Ra Rst 1 R1
n1
TL IL
2
1
Ra Rst 1 Rst 2 R2
Ra Rst 1 Rst 2 Rst 3 R3
达到保证启动转矩的目的。由于传统分级启动参
数计算较为复杂，较难理解掌握，对启动过程进 行仿真建模和过程分析，可以简化分析过程，并 得到动态的分级启动过程曲线。
3.1电机拖动系统仿真的主要内容
DC电机调速: 拖动负载运行的直流电动机，由于系统运行的速
度往往需要根据生产机械工艺要求调节，主要通 直 直 直 直 直 过改变电动机的机械特性而达到调速的目的。以 流 流 流 流 流 电 电 电 电 直流拖动系统中广泛采用的变压系统运动的规律 电 机 机 机 机 机 DC电机制动过程： 生产机械工作完毕都要停车，为加快停车过程， 降 调 制 限 直 压 速 动 流 会采用电气制动方法。以能耗制动这种电气制动 接 启 过 启 启 方法为基础，建立仿真模型，模拟制动过程的制 动 程 动 动 动瞬间和制动运行变化特点。
4.1仿真波形
电机启动过程中电流变化曲线 当转速升高至，电流降至（图中b点）时，接 触器KM1触头闭合，将电阻短接，由于机械 惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到特 性曲线2上的c点（c点的位置可由所串电阻的 大小控制），电动机又沿曲线2的箭头继续加 速。当转速升高至电流又降至（图中d点）时， 接触器KM2触头闭合，将电阻短接，由于机 械惯性转速不能突变，电动机将瞬间过渡到 特性曲线3上的e点，电动机又沿曲线3的箭 头继续加速。当转速升高至电流又降至（图 中f点）时，接触器KM3触头闭合，将电阻短 接，由于机械惯性转速不能突变，电动机将 瞬间过渡到固有特性曲线4上的g点，电动机 又沿曲线4的箭头继续加速，最后稳定运行在 固有特性曲线上的h点，起动过程结束。
T1 I1
T2 I2
Tem I
4.直流电机仿真结果
他励
求出各级启动电阻
R st1 (β 1) R a R st 2 (β 1) βR a βR st1 R st 3 (β 1) β 2 R a βR st 2 R stm (β 1) β m 1R a βR stm1
U Ram β m aN m 2.23 I1R a Ra
1 2 U N I N PN 103 Ra ( ~ ) () 2 2 3 IN
Ram
UaN I1
启动电流:I1=(1.5～2.0)IaN 切换电流:I2=(1.1～1.2)IaN
4.1仿真波形
4.1仿真波形
电பைடு நூலகம்启动过程中电机转速曲线
4.1仿真波形
电机启动过程中负载转矩变化曲线
电流与电磁转矩成正比
5.总结
本设计将直流电机拖动的启动的原理和方法通过计算机仿 真，形象地展现电机启动过程的运动变化规律。通过在仿真环 境中模拟实现电机运行条件，建立电机运行模型，讨论了仿真 运行中的相关问题，给出了直流电机运行仿真的实现过程和结 果分析，实现了直流电机拖动系统的计算机仿真分析。仿真模 型和仿真数据可作为相关课程的教学实例，对于交流拖动系统、 电力拖动控制等系统的计算机仿真分析和设计也极具参考价值， 为电力电子与电机集成系统研究和仿真奠定了基础一1。而关于 仿真系统模型的优化设计，仿真参数的配置方法以及软件与硬 件相结合的电力电子与电机集成计算机仿真等问题还有待进一 步的探讨和研究。
2.直流电机启动原理 F
电刷
+ U –
换向片
N S
I I
F
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动总是上 半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上 由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时 针旋转。 由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应 电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。
直流电动机的起动
目录
1 2 3 4
直流电机启动的要求 直流电机启动原理 直流电机启动仿真
直流电机仿真结果
5
1.直流电机启动的要求
直流电动机是人类最早发明和应用的一种 电机。直流电机可作为电动机用，也可作为发 直流电动机接上电源以后，转速从零达 起动过程 电机用。直流电动机是将直流电转换成机械能 到稳态转速的过程称为起动过程。 的而带动生产机械运转的电器设备。与交流电 动机相比，直流机因结构复杂、维护困难、价 格较贵等缺点制约了它的发展，但是它具有良 好的起动、调速和制动性能，因此在速度调节 起动转矩要大 要求较要、正反转和起动频繁或多个单元同步 协调运转的生产机械上，仍广泛采用直流电动 起动基本 起动电流要小 机拖动。在工业领域直流电动机仍占有一席之 要求 地。因此有必要了解直流电动的运行特性。在 起动设备要简单、经济、可靠 四种直流电动机中，他励电动机应用最为广泛。