直流电动机开环调速课程设计.docx
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直流电动机开环调速课程设计
直流电动机开环调速课程设计
重庆文理学院电子电气工程学院
专业课程设计论文
题目直流电动机开环调速系统仿真
专业电气工程与自动化
姓名
班级
学号
2011年6月2日
直流电动机开环调速系统仿真
摘要：
直流电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
研究直流电机的控制和调速方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
MATLAB仿真在科学研究中得到广泛应用，如何利用MATLAB仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。
本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子，通过对MATLAB的仿真，得到不同的仿真结果。
关键词：
直流电动机调速；开环调速系统；MATLAB/SIMULINK仿真；
目 录
1.引言----------------------------------------------------------1
2.直流电动机开环调速系统发展现----------------------------------1
3.直流电动机开环调速系统存在的问题------------------------------1
4.总结----------------------------------------------------------2
5.本课题研究目的及意义------------------------------------------2
6.直流电动机开环调速系统原理------------------------------------4
7.仿真元件及参数设置--------------------------------------------6
8．仿真结果-----------------------------------------------------12
9.仿真分析-----------------------------------------------------16
1．引言
电动机作为一种有利工具，在日常生活中得到了广泛的应用。
而直流电动机具有很好的启动，制动性能，所以在一些可控电力拖动场所大部分都采用直流电动机。
随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到了越来越广泛的应用。
直流具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求。
而在直流电动机中，开环直流调速系统应用也比较广泛，其广泛应用于轧钢机，金属切割机床等很多领域的制动控制。
直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号Uc调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。
2.直流开环调速系统发展现状
直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。
正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。
其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。
目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。
3.直流电动机开环调速系统中存在的问题
在开环调速系统中，控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向反馈，即控制是单方向进行的，输出转速并不影响控制电压，控制电压直接由给定电压产生。
如果生产机械对静差率要求不高，开环调速系统也能实现一定范围内的无级调速，而且开环调速系统结构简单。
但是，在实际中许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不能允许很大的静差率。
4.总结
随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。
因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。
5.本课题研究目的及意义
直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。
长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。
由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。
因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义
图
（1）直流电动机开环调速系统仿真图
6．直流电动机开环调速系统原理
直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号Uc调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。
该系统电气原理模型如
（2）所示。
图
（2）直流开环调速系统电气原理
在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同
步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse
Generator）的同步电压连接。
触发器的控制角（alpha—deg端）通过了移相控制环节（shifter），移相控制模块的输入是移相控制信号Uc（图2中Uc），输出是控制角，移相控制信号Uc由常数模块设定。
移相特性如图3所示。
移相特性的数学表达式为
在本模型中取，，所以。
在电动机的负载转矩输入端TL接入了斜坡（Ramp）和饱和（Satutration）两个串联模块，斜坡模块用于设置负载转矩上升速度和加载的时刻，饱和模块用于限制负载转矩的最大值。
例如：
已知直流电动机额定参数为nom220V,nom136A，nnom1460r/min，4级，Ra=0.21，GD222.5N·㎡。
励磁电压f220V，励磁电流f1.5A。
采用三相桥式整流电路，整流器内阻Rrec0.5。
平波电抗器Lp20mH。
仿真该晶闸管-整流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。
仿真步骤如下：
（1）绘制系统的仿真模型如图
（1）所示。
（2）设置模块参数
1）供电电源电压为
2）电动机参数如下：
励磁电阻为
励磁电感在恒定磁场控制时可取0。
电枢电阻，电枢电感由下式估算，即
电枢组和励磁组互感为
因为
所以
电动机转动惯量为
3）额定负载转矩为
7.仿真原件及参数设置
根据实验原理图在Matlab软件环境下查找器件、连线，接成图
（1）所示的线路图。
（1）具体步骤
a、点击图标，打开Matlab软件，在工具栏里根据提示点击，再点击matlabhelp，打开一个对话框，点击里的newmodel，创建一个文件头为的新文件。
b、点击工具栏的，打开元器件库查找新的元器件。
如果不知在哪里找到元器件，可以在里输入元器件的名称，键入ENTER即可查找。
（2）所用元器件及其参数设置
a.Synchronized6-PulseGenerator参数
b.三相交流电源
c.Constent（信号发生器）
d.UniversalBridge1
e.直流电动机参数设置
f.Fcn
g.直流电源
直流电动机的励磁电源，幅值为220V
h.电感参数设置
i.示波器参数设置
j.DiscreteMeanvalue
k.Gain参数设置
L．graph参数设置
8.仿真结果
a.整流器输出电压
B．直流电动机开环调速系统转速n
C．电动机转矩曲线
d．励磁电流If
e．电枢电流Ia
f．电动机的转矩·转速特性曲线
9.仿真分析
仿真的结果如图所示。
其中图a所示为整流器输出端的电压波形，根据图形可知电压在150-300v之间波动。
图b直流电动机开环调速系统转速n，从图中可知在0-0.25s时转速达到最大值再慢慢减小，到1s后趋于稳定。
图c所示为电动机转矩曲线图。
d．励磁电流If。
图e．电枢电流Ia起动电流很大，在0.25s左右起动电流下降为零（空载起动），起动过程结束，这时电动机转速上升到最高值。
在起动0.5s后加额定负载，电动机的转速下降，电流增加。
图f电动机的转矩·转速特性曲线。
通过仿真反映了开环晶闸管，直流电动机系统的空载起动和加载工
作情况。
参考文献：
[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统第3版[M].北京：
机械工业出版社,2007.
[2]王兆安,黄俊.电力电子技术第4版[M].北京：
机械工业出版社,2000.
[3]任彦硕.自动控制原理[M].北京：
机械工业出版社,2006.
[4]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京：
机械工业出版社,2006.
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