simulate a dc motor drive翻译.docx

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simulateadcmotordrive翻译

Simulatea DC MotorDrive模拟直流电机驱动

Introduction介绍

inthissection,youwilllearnhowtousetheDCdrivemodelsoftheElectricDriveslibrary.First,wewillspecifythetypesofmotor,converters,andcontrollersusedinthesevenDCdrivemodelsofthelibrary,designatedDC1toDC7. Thesesevenmodelsarebasedonthe DC brushmotorintheElectricDriveslibrary.Asinanyelectricmotor,the DC brushmotorhastwomainparts,thestator（fixed）partandtherotor（movable）part. The DC brushmotoralsohastwotypesofwindings,theexcitationorfieldwindingandthearmaturewinding.Asitsnameimplies,thefieldwindingisusedtoproduceamagneticexcitationfieldinthemotorwhereasthearmaturecoilscarrytheinducedmotorcurrent. Sincethetimeconstant（L/R）ofthearmaturecircuitismuchsmallerthanthatofthefieldwinding,controllingspeedbychangingarmaturevoltageisquickerthanchangingthefieldvoltage.Thereforetheexcitationfieldisfedfromaconstant DC voltagesourcewhilethearmaturewindingsarefedbyavariable DC source.Thelattersourceisproducedbyaphase-controlledthyristorconverterfortheDC1toDC4modelsandbyatransistorchopperfortheDC5,DC6,andDC7models.Thethyristorconverterisfedbyasingle-phaseACsourceinthecasesofDC1andDC2andbyathree-phaseACsourceinthecasesofDC3andDC4.Finally,thesevenDCmodelscanworkinvarioussetsofquadrants.Allthesepossibilitiesaresummarizedinthefollowingtable.

在本节中，您将学习如何使用电动驱动器库的直流驱动模型。

首先，我们将详述库中七个直流驱动模型的电机、转换器和控制器，这些模型即DC１到DC７。

这７种模型都是基于电动驱动器库中的直流有刷电机。

就像在任何电动机一样，直流有刷电机有两部分，即定子和转子。

直流有刷电机有两种线圈，励磁绕组和电枢绕组。

就像（直流有刷电机）的名字一样，励磁绕组是用来在电机中产生励磁磁场，而电枢线圈产生感应电机电流。

由于电枢电路的时间常数（L／Ｒ，电感／电阻）远小于其在励磁绕组中，通过电枢电压控制速度远快于通过励磁电压来控制。

所以励磁磁场由一个稳定不变的直流电压源供电，而电枢绕组由一个变化的直流电压源来供电。

DC1到DC4中电枢绕组供电的直流电压源由一个三相控制的晶闸管转换器供电，DC５到DC７中则是由一个晶体管斩波器产生。

DC1、DC２的晶闸管转换器由一个单相交流电流源供电，DC３和DC４则是通过此晶闸管转换器由三相交流源供电。

最后，这７个模型工作在不同的模型下。

所有可能的情况都在下表表示出了。

DCModels直流模型

Model

TypeofConverter

OperationQuadrants

DC1

Single-phasethyristorconverter

I-II

DC2

Single-phasethyristorconverter

I-II-III-IV

DC3

Three-phasethyristorconverter

I-II

DC4

Three-phasethyristorconverter晶闸管

I-II-III-IV

DC5

Chopper斩波器

I

DC6

Chopper

I-II

DC7

Chopper

I-II-III-IV

RegenerativeBraking

反馈制动　回馈制动　再生制动

OperationinquadrantsIIandIVcorrespondstoforwardandreversebraking,respectively.FortheDCmodelsoftheElectricDriveslibrary,thisbrakingisregenerative,meaningthatthekineticenergyofthemotor-loadsystemisconvertedtoelectricenergyandreturnedtothepowersource.Thisbidirectionalpowerflowisobtainedbyinvertingthemotor'sconnectionswhenthecurrentbecomesnull（DC1andDC3）orbytheuseofasecondconverter（DC2andDC4）.Bothmethodsallowinvertingthemotorcurrentinordertocreateanelectrictorqueoppositetothedirectionofmotion.Thechopper-fedDCdrivemodels（DC5,DC6,DC7）produceregenerativebrakinginsimilarfashions.

相比于正相合反向制动，分别在在象限２和４的操作。

对于电力驱动库中的直流模型，这种制动是再生的，即电动机负载系统的动能转化为电能，然后反馈到电源。

当DC1和DC3中电流为零或者DC2和DC4中通过使用第二转换器时，双向能流可以通过反转电动机接线实现。

所有方法都允许翻转电动机电流，以产生一个电动扭矩，来进行制动。

由斩波器提供直流电源的模型（DC5,DC6,DC7），用类似的方式再生制动。

Example:

ThyristorConverter-Based DC MotorDrive

案例；基于晶闸管转换器的直流电机驱动

Inthisexample,youwillbuildandsimulatethesimplethyristorconverter-based DC motordriveshownin ThyristorConverter-BasedDCMotorDriveExampleCircuit.

在这个例子中，你将建立和仿真　“基于晶闸管转换器的直流电机驱动”案例。

Thisstep-by-stepexampleillustratestheuseoftheDC3modelwitha200hpDCmotorparametersetduringspeedregulation.TheDC3blockmodelsatwo-quadrantthree-phasethyristorconverterdrive.Duringthisexample,themotorwillbeconnectedtoaloadanddriventoits1750rpmnominalspeed.

此例将说明DC3中２００马力直流电动机速度调节期间参数设置情况。

DC３模块代表双象限三相晶闸管转换器驱动案例。

这个例子中，电动机将连接一个负载，以每分钟１７５０转额定速度转动。

Inthistutorial,youlearnabout

在这个教程中，你讲了解到：

GettingtheDC3ModelfromtheDrivesLibrary

ConnectingtheDC3ModeltoaVoltageSource

ConnectingtheDC3ModeltoaMechanicalLoad

DefiningtheSetPoint

VisualizingInternalSignals

SettingtheFixed-StepSimulationEnvironment

SettingtheHighPowerDriveParameterSet

SettingtheMotorInertiaValue

SettingtheDC3ControllerParametersandSimulationResults

GettingtheDC3ModelfromtheDrivesLibrary

从驱动库中选择DC３模块

1．Openanewwindowandsaveitas　DC_example。

2．Openthe SimPowerSystems™ElectricDriveslibrary.Youcanopenthelibrarybytyping electricdrivelib　intheMATLAB® CommandWindoworbyusingtheSimulink® LibraryBrowser.TheDC3modelislocatedinsidethe DC Driveslibrary.CopytheDC3blockanddropitinthe DC_example window.　

打开SimPowerSystems电力驱动库。

你可以在matlab命令窗口输入“electricdrivelib　”或者通过ｓｉｍｕｌｉｎｋ浏览器打开这个库。

DC３模块在DC Driveslibrary中。

复制或者拖拽到“DC_example”窗口。

ConnectingtheDC3ModeltoaVoltageSource

连接ＤＣ３模块到电压源

Allmodelsofthelibraryhavethreetypesofinputs:

theelectricalpowerinputs,thespeedortorquesetpointinput（SP）,andthemechanicaltorqueinput（Tm）.BecausetheDC3modelisathree-phasedrive,itpresentsthreeelectricalinputs:

A,B,andC.InorderfortheDC3modeltowork,youmustnowconnectthoseinputstoapropervoltagesource:

模块库有三种输入形式：

电力输入、速度或者扭矩设置输入和机械扭矩输入。

因为DC３模块是三相驱动的，它有三个电力接口：

A,B,和C。

为了使DC３模块工作，你必须将这些借口和电源模块连接。

1．OpentheElectricalSourceslibraryandcopythe3-PhaseSourceblockintoyourcircuit.ConnectthevoltagesourceoutputsA,B,andCtotheDC3A,B,andCinputs,respectively.

打开电源模块库，复制三相电源模块到你的电路中。

分别连接电压源模块的输出A,B,和C到ＤＣ３模块A,B,和C。

Inthisexample,youaredrivinga200hp DC motorof500Vnominalarmaturevoltage.Themeanoutputvoltage ˆVout ofathree-phasethyristorrectifierbridgeisgivenby

此例中，你将以５００V额定电枢电压驱动一个２００马力直流电动机。

三相晶闸管整流桥平均输出电压Vout由以下条件给出：

where Vl,rms isthephase-to-phasermsvoltagevalueofthethree-phasevoltagesourceand α isthefiringanglevalueofthethyristors.Forbettervoltagecontrol,alowerfiringanglelimitisusuallyimposed,andthemaximummeanoutputvoltageavailablefrom　therectifierbridgeisthusgivenby

 Vl,rms 代表三相电压源相间电压有效值， α是 晶闸管触发角。

为了更好的电压控制，通常采用更低的触发角限制，整流桥的最大平均输出电压由这样给出：

where αmin isthelowerfiringanglelimit.Inourcase,thelowerfiringanglelimitusedintheDC3modelis20degrees.Withsuchananglevalueandinordertohaveamaximummeanoutputvoltagevalueof500Vtodrivethe200 hpmotortoitsnominalspeed,theneededphase-to-phasermsvoltagevaluegivenbytheprecedingequationis370V.AssumingthedriveisconnectedtoanAmericanelectricalnetwork,thecloseststandardvoltagevalueis460V.

αmin是下触发角限制。

在我们的案例中，DC3模块中下触发角限制是20度。

为了达到此角度和为了有最大平均输出电压500去驱动200马力电动机到其额定速度，由上面公式得出需要的相间有效电压是370V。

假设驱动模块接入美国电网，最相近的标准电压值是460V.

2.SettheACsourcephase-to-phasermsvoltagevalueto460Vandthefrequencyto60Hz.NametheACsource460V60Hz.

设置交流电源相间有效电压为460V，60Hz.即交流460V60Hz

NotethatthevoltagesourceamplitudeandfrequencyvaluesneededforeachdrivemodeloftheElectricDriveslibrarycanbefoundinthereferencenotes.Thenominalvaluesofthecorrespondingmotorsarealsoincluded.DC3,200HPDriveSpecificationscontainsthevaluescorrespondingtotheDC3200hpmodel.

注意：

电力驱动库的每个电力模块所需电压源的振幅和频率值都能从帮助手册中查到。

相应发动机的额定参数也可从中查到。

DC3200HP驱动模块有对应于DC3200hp的模块。

DC3,200HPDriveSpecifications

DC3,200HP驱动模块规格

DriveInputVoltage

Amplitude460V

Frequency60Hz

MotorNominalValues

发动机额定参数

Power200hp

Speed1750rpm

Voltage500V

Inordertorepresentareal-lifethree-phasesource,youmustspecifycorrectsourceresistanceRandinductanceLvalues.Todeterminethese,oneusuallyusestheshort-circuitpowervaluePscandagivenX/Rratio（whereX=L⋅ω,ωbeingtheangularfrequencyofthevoltagesource）.Asaruleofthumb,theshort-circuitpowerabsorbedbythesourceimpedanceissupposedtobeatleast20timesbiggerthanthenominalpowerofthedrive,andtheX/Rratioisusuallycloseto10forindustrialplants.

ThevalueofthesourceimpedanceZisobtainedby

为了重现现实生活中的三相电源，你必须选定正确的源电阻值R和电感值L。

为了决定这些参数，一种方法是使用短路功率值Psc和给定的X/R之比（其中X=L⋅ω，ω是电压源的角频率），根据经验规则，假设电压源阻抗吸收的短路功率至少比驱动模块的额定功率大20倍，工厂的X/R之比通常接近于10。

电源阻抗值Z由以下公式得出：

whereVisthephase-to-phasermsvoltagevalueofthevoltagesource.ForahighX/Rratior,thesourceresistanceRisapproximatelyequalto

其中V代表电压源的相间有效电压值。

对于高X/R之比，电压源阻抗R大约等于（公式4-1）

andthesourceinductanceLto

电源电感值L等于（公式4-2）

Inthisexample,thephase-to-phasermsvoltageisworth460Vandthesourcefrequencyis60Hz.Ifweassumeashort-circuitpowerof25timesthenominaldrivepower,wefindasourceimpedanceof0.056Ω.ForanX/Rratioof10,usingEquation4-1andEquation4-2,wefindaresistancevalueof0.0056Ωandaninductancevalueof0.15mH.

在这个例子中，相间有效电压是460V，电源频率60Hz.如果我们假设短路功率是额定驱动模块功率的25倍，会得出电源阻抗Z为0.056Ω。

如果X/R之比为10，带入公式4-1和4-2，得出电阻值为0.0056Ω，电感值为0.15mH。

3.CleartheSpecifyimpedanceusingshort-circuitlevelcheckbox,andsettheACsourceresistancevalueto0.0056Ωandtheinductanceto0.15mH.

使用短路水平检查工具上清除指定的阻抗，设置交流电源电阻值为0.0056Ω，电感值为0.15mH。

ConnectingtheDC3ModeltoaMechanicalLoad

TheTminputrepresentstheloadtorqueappliedtotheshaftoftheDCmotor.Ifthevaluesoftheloadtorqueandthespeedhaveoppositesigns,theaccelerationtorquewillbethesumoftheelectromagneticandloadtorques.Manyloadtorquesareproportionaltothespeedofthedrivenloadsuchasrepresentedbytheequation

Tm输入口代表直流发动机轴负载扭矩。

如果负载扭矩值和速度与信号相反，加速扭矩是电磁力和负载力矩之和。

许多负载扭矩与驱动的速度成正比，如下面公式所示（公式4-3）：

whereωmisthespeedinrad/sandNthespeedinrpm.Youwillnowbuildsuchaload.

其中ωm代表单位为rad/s的角速度，N代表每分钟的转速，单位为rpm。

你会接下来建立一个这样的负载。

Tocomputethistypeofmechanicalloadtorque,thespeedoftheDCmotorisneeded.Thisonecanbeobtainedbyusingtheo