MATLAB在直流電動機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用

【摘 要】通過具體的設(shè)計實例簡要介紹了MATLAB軟件在直流電動機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用，說明利用該軟件求解電機(jī)設(shè)計問題非常方便，設(shè)計數(shù)據(jù)精確，效率高，有很大的優(yōu)越性，在電機(jī)設(shè)計教學(xué)中可推廣MATLAB軟件。

【關(guān)鍵詞】直流電動機(jī)設(shè)計；MATLAB

從1831年邁克爾·法拉第（Michael Faraday）發(fā)明的第一臺盤式直流電機(jī)開始，到19世紀(jì)70年代托馬斯.愛迪生（Thomas Edison）以商業(yè)為目的研制直流發(fā)電機(jī)，以及目前電機(jī)大量運(yùn)用于各類生活必需品和各種加工企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，以及各種設(shè)備、機(jī)車和伺服機(jī)械之中，對電機(jī)的工作性能及工作效率的研究和設(shè)計也越發(fā)變得重要。

MATLAB軟件是一個功能十分強(qiáng)大的工程計算及數(shù)值分析軟件，利用MATLAB的優(yōu)化工具箱，可以求解線性和非線性關(guān)系的問題，在電機(jī)的設(shè)計過程中引入MATLAB軟件進(jìn)行分析，可簡化計算過程，降低分析計算強(qiáng)度，且保證足夠的精度，以提高電機(jī)的運(yùn)行性能。本文主要以直流電動機(jī)的設(shè)計為例簡述直流電機(jī)的設(shè)計過程及MATLAB軟件在電機(jī)設(shè)計中的具體應(yīng)用。

直流電動機(jī)被廣泛應(yīng)用于變速驅(qū)動要求高的場合，如電動車輛的驅(qū)動、鋼廠軋鋼機(jī)等大功率驅(qū)動系統(tǒng)等。全美電氣制造者協(xié)會（NEMA，National Electrical Manufacturers Association）的MG-1標(biāo)準(zhǔn)中對直流電機(jī)的標(biāo)記、分類、額定值以及包裝等做出了規(guī)定，這些規(guī)定又分為銘牌數(shù)據(jù)、工作環(huán)境、和機(jī)械尺寸三個欄目，直流電動機(jī)的設(shè)計也需符合此標(biāo)準(zhǔn)。直流電動機(jī)的設(shè)計主要包括最初的容量及尺寸的確定、電樞設(shè)計、磁極設(shè)計以及最后的設(shè)計調(diào)整等內(nèi)容，具體設(shè)計步驟及其相互關(guān)系可參看直流電動機(jī)設(shè)計的邏輯流程圖，如圖1所示：

由直流電動機(jī)設(shè)計流程圖可見一臺電機(jī)的設(shè)計過程之繁鎖，涉及到了電機(jī)各種參數(shù)的計算及電機(jī)各種特性的分析。采用傳統(tǒng)的手工設(shè)計方法已無法達(dá)到精度和效率的要求，因MATLAB軟件強(qiáng)大的功能，采用MATLAB軟件編程的方法，將這一系列的計算過程輸入計算機(jī)完成電機(jī)的設(shè)計，每次只需將不同的設(shè)計要求更改便可得到良好的設(shè)計結(jié)果，有效的解決了設(shè)計難的問題。由于直流電動機(jī)的MATLAB軟件編程設(shè)計篇幅較長，這里僅以直流電動機(jī)主磁極設(shè)計過程中MALAB程序的應(yīng)用為例。

一、設(shè)計舉例

1.設(shè)計要求

直流并勱直流電動機(jī)，性能要求：500V、400hp、1750r/min、583AT機(jī)座、滿載效率為94%、自通風(fēng)冷卻式。

2.主磁極設(shè)計舉例

主磁極的設(shè)計是一個不需要反復(fù)計算的過程，首先確定氣隙長度和機(jī)座厚度這兩個尺寸，然后計算出主磁極的高度、極身和極靴的長度和寬度，最后還可利用MATLAB程序畫出直流電機(jī)的電磁曲線（即磁通與磁動勢之間的關(guān)系曲線），進(jìn)行飽和曲線分析。主磁極設(shè)計流程圖如圖2所示。

3.直流電動機(jī)的特性分析

一臺直流電動機(jī)設(shè)計完成后還需對其各種特性作精確的分析，尤其是電動機(jī)的機(jī)械特性，它反映了電動機(jī)帶機(jī)械負(fù)載的能力。當(dāng)已知所設(shè)計的電動機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)后，我們可用MATLAB軟件精確繪制其機(jī)械特性。以本文所設(shè)計的直流電動機(jī)為例，采用MATLAB源程序繪制其固有機(jī)械特性圖如圖3所示。由圖3可見，該電動機(jī)具有略微下降趨勢的機(jī)械特性，拖動機(jī)械負(fù)載時可穩(wěn)定運(yùn)行且具有抗干擾能力。

二、結(jié)論

通過以上的實例分析可以看出，電機(jī)的設(shè)計是一個極其復(fù)雜的過程，而借助MATLAB軟件可幫助設(shè)計人員提高設(shè)計效率及精確度。大力推廣MATLAB軟件在電機(jī)及各類機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉錦波.電機(jī)與拖動.清華大學(xué)出版社.2007.

[2]劉會燈.MATLAB編程基礎(chǔ)與典型應(yīng)用.人民郵電出版社.2008.

作者簡介：

劉姣姣，（1985-），湖北武漢人，助教，湖北工業(yè)大學(xué)碩士在讀，主要從事電氣自動化專業(yè)教育教學(xué)工作。