《机电传动控制》学习笔记02
胡恒谦 机卓1301
一、关于电机发展史
电机的发展史大致可以分为三个时期：直流电机的产生和形成时期；交流电机的产生和形成时期；电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善化的时期。
关于直流电机，电枢绕组的发展也是一个比较有意思的过程。早期直流电机电枢多采用螺线管式线圈，输出功率小，电压波形不好，电机效率也较低。后来出现了各种各样的盘形电枢。
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图1 胡里奇直流发电机的盘形电枢 |
图2 西门子-哈尔斯克公司盘形电枢 |
图3 费兰蒂盘形电枢 |
1866年，W．西门予(W．Siemens)发明梭形(H形)电枢(图4)。
1867年，西门子一哈尔斯克公司即制成带梭形电枢的直流发电机(图5)。
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图4 梭形（H形）电枢 |
图5采用H形电枢的西门子-哈尔斯克直流发电机 |
环形电枢最早是由巴辛诺特-格拉姆在l860年提出的(图6)，由于环形绕组为分布绕组，电压脉动较小，换热和散热情况也较好，所以梭形电枢不久就被淘汰。
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图6 巴辛诺特-格拉姆环形电阻 |
图7 置于电枢槽中的环形电阻 |
1873年 ，海夫纳-阿尔泰涅克发明乐鼓形电枢绕组，提高了电枢导线的利用率。
1880年爱迪生提出采用叠片铁心，以减少铁心损耗、降低电枢绕组的温升。鼓形电枢绕组和开槽、叠片贴心的结构一直沿用至今。
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图8 环形绕组示意图 |
图9 鼓形绕组示意图 |
二、基于功率交换的机电系统物理建模思想与方法
将两个子系统或元件进行物理连接后，双方的变量同时受两个子系统的约束，并且他们的值相等。而该变量不少情况下是功率变量，所以当两个多通口互连后功率互换就一直存在，通口的功率可以表示成势变量和流变量的乘积。
三、仿真作业
1. 练习“基本方程”一节中的例程(该处选择二阶机械系统的动态响应)
源程序：
model SecondOrderSystem
type Angle=Real(unit="rad");
type AngularVelocity=Real(unit="rad/s");
type Inertia=Real(unit="kg.m2");
type Stiffness=Real(unit="N.m/rad");
type Damping=Real(unit="N.m.s/rad");
parameter Inertia J1=0.1;
parameter Inertia J2=1.0;
parameter Stiffness k1=20;
parameter Stiffness k2=5;
parameter Damping d1=0.2;
parameter Damping d2=1.0;
Angle phi1;
Angle phi2;
AngularVelocity omega1;
AngularVelocity omega2 ;
initial equation
phi1 = 0;
phi2 = 1;
omega1 = 0;
omega2 = 0;
equation
omega1 = der(phi1);
J1*der(omega1) = k1*(phi2-phi1)+d1*der(phi2-phi1);
omega2 = der(phi2);
J2*der(omega2) = k1*(phi1-phi2)+d1*der(phi1-phi2)-k2*phi2-d2*der(phi2);
end SecondOrderSystem;
图像如下：
修改J1、J2、k1、k2的值：
model SecondOrderSystem_2
extends SecondOrderSystem(J1=0.01,J2=10,k1=50,k2=2);
end SecondOrderSystem_2;
得到的图像如下图：
2. 简单电机模型
源代码：
model motor1
Real Tm;
Real Tl;
Real n;
Real i;
Real u;
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
u = 50;
Tl=1;
elseif time <=0.2 then
u = 100;
Tl=10;
else
u = 10;
Tl=100;
end if;
Tm-Tl = J * der(n);
Tm= Kt * i;
u= i * R + Ke * n;
end motor1;
这是在老师给的模型的基础上，将负载转矩设置成随时间变化的变量，得到的图像如下：
将上述模型中的参数R和J进行修改，代码如下：
model motor2
extends motor1(R=1.0,J=0.5);
end motor2;
得到的图像如下：
修改参数后，直流电机的电磁转矩Tm和电机转速n没有太大的变化。