直流电动机机械特性曲线在Matlab中的仿真
1. 简介
直流电动机是现代工业中应用广泛的一种电动机，其性能参数对于电机的设计、运行和控制都具有重要意义。机械特性曲线是描述直流电动机转速与负载转矩之间关系的曲线，是电机运行性能分析的重要依据。
本文档将介绍如何使用Matlab软件对直流电动机的机械特性曲线进行仿真分析。
2. 理论基础
2.1 直流电动机的工作原理
直流电动机的工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。当直流电源施加在电动机的电极上时，会在转子中产生电磁场，该电磁场与定子磁场相互作用，产生转矩，从而使转子旋转。
2.2 机械特性曲线
机械特性曲线是描述直流电动机转速与负载转矩之间关系的曲线。其主要包括以下几个部分：
- 空载特性曲线：电动机在无负载情况下运行时的转速与励磁电流之间的关系。
- 负载特性曲线：电动机在不同负载情况下运行时的转速与负载转矩之间的关系。
- 转速特性曲线：电动机在不同转矩下运行时的转速与转矩之间的关系。
3. Matlab仿真步骤
3.1 建立仿真模型
在Matlab中，我们可以使用Simulink工具建立直流电动机的仿真模型。首先，我们需要在Simulink库中找到相关的电动机模块，然后将其拖拽到模型窗口中，连接电源、负载等模块，构建完整的电动机系统。
3.2 设置仿真参数
在模型窗口中，我们可以通过参数设置对话框为电动机模型设置各项参数，如电动机的额定电压、额定电流、电枢电阻、电枢电感、励磁电阻、励磁电感等。此外，还需要为负载设置相应的参数，如负载转矩、负载速度等。
3.3 编写仿真脚本
在Simulink中，我们可以使用Matlab脚本来控制仿真过程，实现对电动机模型的初始化、参数设置、仿真运行等操作。在脚本中，我们可以使用Matlab内置函数对仿真数据进行采集、处理和分析，从而得到机械特性曲线。
3.4 运行仿真并分析结果
在完成仿真模型的搭建和参数设置后，我们可以运行仿真脚本，观察电动机模型的运行情况，并采集机械特性曲线上的关键数据。最后，我们可以使用Matlab绘图工具对采集到的数据进行处理，绘制出完整的机械特性曲线。
风机特性曲线
作者：摘自《安全科学技术百科全书》 发布日期：2009-8-13 23:02:39 访问次数：360
用以表示通风机的主要性能参数(如风量L、风压H、功率N及效率η)之间关系的曲线称为风机特性曲线或风机性能曲线。为了使用方便，将H—L曲线、N—L曲线、η—L曲线画在同一图上。下图为4—72 No5离心式通风机在转速2 900r／min时的特性曲线。
4—72No5离心式通风机特性曲线
在通风除尘系统工作的风机，即使在转速相同时，在不同阻力的系统中它所输送的风量也可能不相同。系统的阻力小时，要求风机的风压低，输送的风量就大；反之，系统阻力大，要求的风压高，输送的风量就小。因此，用一种工况下的风量和风压，来评定风机的性能是不够的。例如，风压为1 000Pa时，4—72No5风机可输送风量18 000m3／h；但当风压增到3000Pa时，输送的风量就只有1 000m3/h。为了全面评定风机的性能，就必须了解在各种工况下风机的风压和风量，以及功率、效率与风量的关系。这就是为什么要通过风机性能试验做出风机特性曲线的原因所在。
通风机制造工厂对生产的风机，根据实验预先做出其特性曲线，以供用户选择风机时参考。有些风机产品样本，不但列出特性曲线图，而是还提供性能表格。下表列出了4—72离心式通风机的部分性能数据。
从特性曲线图可以看出，在一定转速下，风机的效率随着风量的改变而变化，但其中必有一个最高效率点刁一。相应于最高效率下的风量、风压和轴功率称为风机的最佳工况，在选择风机时，应使其实际运转效率不低于0．9ηmax。此范围称为风机的经济使用范围。下表中列出的8个性能点(工况点)，均在风机的经济使用范围内。
4—72 型离心式通风机性能表(摘录)
·1· 第一节 离心泵
2-1-1 离心泵的工作原理
离心泵的种类很多，但工作原理相同，构造大同小异。其主要工作部件是旋转叶轮和固定的泵壳（图2-1）。叶轮是离心泵直接对液体做功的部件，其上有若干后弯叶片，一般为4~8片。离心泵工作时，叶轮由电机驱动作高速旋转运动（1000~3000r/min），迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时因离心力的作用，使液体由叶轮中心向外缘作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得能量，并以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳内，由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转化为静压能，达到较高的压强，最后沿切向流入压出管道。 在液体受迫由叶轮中心流向外缘的同时，在叶轮中心处形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（常为大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体经吸入管路进入泵内，只要叶轮的转动不停，离心泵便不断地吸入和排出液体。由此可见离心泵主要是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来输送液体，故名离心泵。
离心泵若在启动前未充满液体，则泵内存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力也很小。吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内，虽启动离心泵，但不能输送液体，此现象称为“气缚”。所以离心泵启动前必须向壳体内灌满液体，在吸入管底部安装带滤网的底阀。底阀为止逆阀，防止启动前灌入的液体从泵内漏失。滤网防止固体物质进入泵内。靠近泵出口处的压出管道上装有调节阀，供调节流量时使用。
2-1-2 离心泵的理论压头
一、离心泵的理论压头
从离心泵工作原理知液体从离心泵叶轮获得能量而提高了压强。单位质量液体从旋转的叶轮获得多少能量以及影响获得能量的因素，可以从理论上来分析。由于液体在叶轮内的运动比较复杂，故作如下假设：
（1）叶轮内叶片的数目无限多，叶片的厚度为无限薄，液体完全沿着叶片的弯曲表面而流动。无任何倒流现象；
（2）液体为粘度等于零的理想液体，没有流动阻力。
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浅析：他励直流电动机的机械特性
在电源电压U和励磁电路的电阻Rf为常数的条件下，表示电动机的转矩n和转矩之间的关系n=f（T）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。
下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和
导出机械特性方程式 ( 1-1 )
他励直流电动机电路原理图
当电源电压U=常数，电枢回路总电阻R＝常数，励磁磁通＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性
曲线与纵轴的交点为n0时的转速，称为理想空载转速。
他励直流电动机的机械特性
实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩，而电动机的实际空载转速 将低于n0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 ——机械特性曲线的斜率。
越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△nN%来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。
电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。
