永磁式機電系統(tǒng)模型

1、永磁式直流電機機電系統(tǒng)模型的建立,主講人：授課老師：,永磁直流電機是用永磁體建立磁場，實現直流電能轉換為機械旋轉的一種直流電機永磁直流電機與傳統(tǒng)他勵直流電機特性類似永磁體取代其定子上的勵磁系統(tǒng)結構簡單、體積小廣泛用于家電、辦公設備、電動工具醫(yī)療等領域,永磁式直流電機概述,永磁式直流電機概述,永磁式直流（DC）電機是一個通過磁性耦合將電能轉化成機械能的裝置。其最基本的組成包括兩部分：轉子（或電樞）和定子。,定子是由永磁體構成的,

2、用來產生磁場。 轉子是由繞在鐵芯上的電磁線圈構成的。轉子產生的電磁場與定子產生的永磁場相互作用,從而使轉子發(fā)生旋轉。 電機的換向器是由安裝在轉子末端軸上的兩片半圓型金屬銅片構成的,每個轉子繞組的末端都與其中的一片銅片相連。 靜止的電刷緊貼換向器,為轉子繞組提供直流電流。右圖是該電機的基本結構示意圖。,圖1 永磁體直流（DC）電機的基本結構示意圖,下圖是DC電機的等效電路圖。其中,La和Ra為轉子繞組的等效電感和等

3、效電阻,Vc是轉子繞組旋轉時切割永磁場的磁力線產生的內部電壓（常稱為電動勢）。,永磁式直流電機的數學建模,圖2 DC電機的等效電路圖,根據電路回路的電壓平衡關系得,永磁式直流電機的數學建模,同時,,其中，kv——由永磁體的磁通密度、轉子繞組的數目以及鐵芯的物理性質決定的速度常數（反電勢系數）。 ωa——是轉子旋轉的角速度。將上面的式子代入方程（1）中，得到：,（2）,根據電機的力矩平衡關系可以得到,（3）,其中,Te是電機的

4、電磁力矩，Tω′是驅動轉子加速度運動的力矩，Tω是轉子速度產生的力矩，而TL則是電機的負載力矩。 式（3）中的各部分分別為,其中，kt——由永磁體的磁通密度、轉子繞組的數目以及鐵芯的物理性質決定的力矩常數。 J——是轉子和電機負載的轉動慣量。 B——整個機械旋轉系統(tǒng)的阻尼常數。,永磁式直流電機的數學建模,將上面得到的關系代入式（3），得,（4）,聯立式（2）和（4），得到DC電機的完整描述

5、：,（5）,（6）,寫成狀態(tài)空間表達式,永磁式直流電機的數學建模,下面計算該系統(tǒng)的傳遞函數：對使（5）和（6）進行拉氏變換，得到,如果考慮穩(wěn)定狀態(tài)周圍的干擾，并且假設電機的初始條件為零，則所有的變化量都是指距離參考狀態(tài)的偏移量，上述方程變成,永磁式直流電機的數學建模,由以上方程可以畫出永磁式DC電機的模擬結構圖，如圖（3）所示。,,,,,,,kt,kv,,,,,,,,,Va(s),+,-,+,-,Ia(s),Te(s),TL(s),ω