第36卷第1期2014年2月电气电子教学学报JOUＲNALOFEEEVol．36No．1Feb．2014收稿日期:2013-08-24;修回日期:2013-09-30基金项目:山东科技大学群星计划资助项目(编号:qx2013240第一作者:宋保业(1982-,男,博士,讲师,主要从事电机与运动控制方面的教学与科研工作,E-mail:songbaoye@gmail．com直流电机弱磁调速的临界条件宋保业,许琳,公茂法(山东科技大学信息与电气工程学院,山东青岛266590摘要:本文针对直流电机弱磁调速后转速的变化问题,分析了弱磁升速时电机工作点参数应满足的条件,进一步给出了直流电机弱磁调速的临界条件,并通过Matlab/Simulink仿真对理论分析进行了验证。理论分析和仿真实验表明,若要实现直流电机的弱磁升速,则弱磁调速前电机工作点的转速必须大于临界转速或弱磁幅度应小于临界值。关键词:直流电机;弱磁调速;Simulink仿真中图分类号:TM331文献标识码:A文章编号:1008-0686(201401-0061-02CriticalConditionforSpeedAdjustingwithFieldWeakeningofDCMotorSONGBao-ye,XULin,GONGMao-fa(CollegeofInformationandElectricalEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,ChinaAbstract:Aimingattheproblemofvariationinspeedafterspeedadjustingwithfieldweakening,thispaperanaly-sestheconditionstobesatisfiedforworkingpointparameterswhenDCmotorisraisingspeedbyfieldweakening,andthecriticalconditionsaregivenforspeedadjustingwithfieldweakening．AlloftheanalysesareverifiedwithMatlab/Simulinksimulation．Boththetheoryanalysesandsimulationexperimentsdemonstratethat,inordertoriseDCmotorspeedbyfieldweakening,thespeedattheworkingpointmustgreaterthanthecriticalspeedortheam-plitudeoffiledweakeningshouldbelessthanthecriticalvalue．Keywords:DCmotor;speedadjustingwithfieldweakening;Simulinksimulation直流电机弱磁调速是通过控制功率较小的励磁回路来完成对电机转速的控制,调速方法简单、能耗小、平滑性高,且能够使电机在高于额定转速下运行,因此在恒功率调速等场合得到了广泛应用。然而,“电机”学课程的初学者对弱磁后电动机的转速是升高还是降低,如何判断等往往不易掌握。为此,本文推导了弱磁调速的临界条件,具有直观的物理意义,在教学中取得了良好的效果。1问题的提出根据直流电动机的机械特性[1]nN=UNCEΦ－ＲaCECTΦ2Te=n0－Δn(1式中,n0=UN/CEΦ为理想空载转速,Δn=ＲaTe/CECTΦ2为转速降,Te为电动机的电磁转矩,CE、CT分别为电势和转矩常数,UN是额定电压,Ｒa是电枢等效电阻。磁通弱磁调速时,Φ减小,n0和Δn增大,且Δn的增幅大于n0,那么nN=n0－Δn是增大还是减小呢?弱磁升速应满足什么条件?这是教学过程中经常遇到的问题。针对这一问题,文献[1]分别从电动机的机械特性和电动机的调速过程两个方面,从实例出发分析了弱磁升速的过程,但没有给出一般性结论。文献[3]推导出以磁通为自变量、电磁转矩为参数、转速为因变量的关系式:nN=UNCEΦ－ＲaCECTΦ2Te=-A1Φ－(B2+CTU2N4ＲaCETe(262电气电子教学学报第35卷其中,A=ＲaT/CECT＞0,B=UN/2ACE=CTUN/2ＲaTe＞0为两个常数。由式(2可以看出,弱磁后转速是否增减与弱磁前的工作点{Te(=TL,1/Φ}有关,这里TL为负载转矩。这一结论揭示了弱磁调速的非线性性质,但在教学过程中缺乏物理意义的直观性。为此,本文推导了弱磁调速的临界条件,作为教材的补充。2弱磁调速的临界条件我们以他励直流电动机为例,推导弱磁升速的条件。设电机接恒转矩负载(即稳态时Te=TL运行于额定转速,弱磁后磁通变为原磁通的ΔΦ倍,则弱磁升速应满足关系式为UNCEΦΔΦ－ＲaCECTΔΦTe=nΔΦ－ΔnΔΦ2＞nN=n－Δn(3我们由上式,容易推导得出弱磁升速时应满足关系:Δn/n0＜ΔΦ/(1+ΔΦ(4nN＞n/(1+ΔΦ(5此即,若通过弱磁为原磁通的ΔΦ倍实现弱磁升速,则弱磁前的静差率Δn/n0应小于ΔΦ/(1+ΔΦ,或弱磁前的额定转速nN应大于n0/(1+ΔΦ。另一方面,对于静差率为Δn/n0和额定转速为nN的直流电动机,若要通过弱磁实现升速,则弱磁后的磁通应大于原磁通的(Δn/n0/(1－Δn/n0倍或Δn/nN倍,即对弱磁的幅度要有...