第二周作业

    本周阅读了电机的发展史资料，了解了电机从直流到交流到更进一步完善的粗略过程，虽然电机的基础理论早已在学过的物理课程中提及，但是更深一步的理论我却不太了解，通过这次阅读我了解了直流电机从他励到自励的发展，也了解了环形电枢结构对于直流发电机和电动机发展结合所起到的的推进作用。从直流电机到交流电机的变化中，我也体会到了电力运输在电力运用中的重要性。电机在进行进一步发展完善时，涌现出的许多理论对于我来说都是陌生的，同步电机的双反应理论以及相关的空气隙问题，我虽然在网络上略微了解了一些，但是要想理解得更透彻，还需要更多的学习和积累。

    在查资料的过程中，我也了解到了有刷电机和无刷电机的不同，目前所学的更多的与有刷电机相关，而结构更紧凑、更干净、噪声更小、寿命更长的无刷电机还有很多知识等待我去了解，关于其如何利用霍尔传感器解决换向问题，还需要更进一步学习。

    关于多通口系统，我只是大概通过阅读理解了其建模思想，关于机电系统建模我不是很擅长，所以暂时只是领会了通口的意义，而关于后文提到的键，我还没有很清晰的认识。

 

openmodelica仿真代码：

model motor1

  Real Tm;

  Real n;

  Real i;

  Real u;

  Real Tl;

  parameter Real J = 0.01;

  parameter Real R = 0.1;

  parameter Real Kt = 1.1;

  parameter Real Ke = 0.9;

 

 

equation

  if time <= 0.1 then

    Tl = 1;

  else

    Tl = 2;

  end if;

 

  if time <= 0.1 then

    u = 50;

  else

    u = 100;

  end if;

 

  Tm-Tl = J * der(n);

  Tm= Kt * i;

  u= i * R + Ke * n;

end motor1;

 

simulate(motor1,startTime=0,stopTime=0.2)

 

plot({Tm,n})

 

plot(n)

 

    仿真代码中将直流电机的电磁转矩Tm、电机转速n、电机电流i、电机外部电压u和负载转矩Tl均设为了变量。

    电机转动惯量J、电机绕组电阻值R、转矩常数Kt和反电动势常数Ke作为参量在代码被赋予了固定的值。

    仿真过程中，我没有发现负载转矩Tl对电磁转矩Tm和电机转速n最终值的明显影响，同时，通过查资料我发现，对于永磁直流电机，转矩常数Kt和反电动势常数Ke有固定的数值关系，Kt = Ke/104.7。在老师所给的代码中并没有体现这一比值关系，是以我在编辑参数值时也没有考虑其相关性。

    代码中物理属性均未完整定义，物理单位均未标注，考虑到初次模型仿真的重点不在此，我并未进行进一步的完善。

上文中代码运行结果如下：

    由图，电机外部电压的变化引起了电磁转矩和电机转速的变化，电压不为0的情况下，转矩图中出现了尖峰，这是因为电机未启动前转速和电刷间电动势均为0，此时将电动机直接接入电路，电压全部施加于绕组，u = i * R，此时的电流，也就是启动电流非常大，也产生了与启动电流成正比例的启动转矩，等转子开始转动之后，产生反电动势，电流下降，电磁转矩也就随之下降，此过程反映在波形图上即为尖峰。

    为了避免过大的启动电流烧坏电机，人们设计了多种限制启动电流的方法。其中一种便是降压启动，即启动时不要施加过大的电压，待稳定后在逐渐加到所需电压，上文代码中先将u设置为50V，0.1秒后再增至100V就是此理。

    将电机转动惯量J改为0.02后，波形显示出的转矩和速度反应均变慢了，如下图。可见增大了转动惯量，相当于增大了阻尼。

    将电机绕组电阻值R改为0.2后，波形显示出的转矩和速度反应同样变慢了，如下图。由此可知电机绕组电阻值增大后同样增大了阻尼，降低了系统的反应速度。

    将转矩常数Kt改为1.5后，电机转速n没有收到明显的影响，电机的电磁转矩尖峰值增大，系统趋于不稳定，如下图。根据Tm = Kt * i可知，较小的Kt值对于系统的稳定具有正面作用。

    反电动势常数Ke改为1.5后，电机的电磁转矩Tm没有明显变化，电机转速n则明显减小，如下图。根据E = Ke * n，u = i * R + E可知，Ke越大，电机转速越小。