完整版晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定.docx

1、完整版晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、实验目的（1） 熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。（2） 掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。二、实验原理晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机 - 发动机组等组成。在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压 Ug 作为触发器的移相控制电压 Uct，改变 Ug 的大小即可改变控制角， 从而获得可调直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1 所示。图 1 晶闸管直流调速试验系统原理图- 1 -三、实验内容（1） 测定晶闸管直流调

2、速系统主电路总电阻值 R。（2） 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值 L。（3） 测定直流电动机 - 直流发电机 - 测速发电机组的飞轮惯量 GD2。（4） 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 Td 。（5） 测定直流电动机电势常数 Ce 和转矩常数 CM 。（6） 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数 TM 。（7） 测定晶闸管触发及整流装置特性 U d f U ct 。（8） 测定测速发电机特性 U TG f n 。四、实验仿真晶体管直流调速实验系统原理图如图 1 所示。该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图 2 是采用面向电气原理图方法构

3、成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。下面介绍各部分的建模与参数设置过程。4.1 系统的建模和模型参数设置系统的建模包括主电路的建模与控制电路的建模两部分 。（1）主电路的建模与参数设置由图 2 可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以将触发器归到主电路进行建模。三相对称交流电压源的建模和参数设置。首先从电源模块组中选取一个交流电压源模块，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，并用模块标题名称修改方法将模块标签分别改为“ A 相”、“B 相”、“C

4、 相”，然后从元件模块- 2 -)A(arlsoutsaranewivIm)sr/edTar(wm-AFcdL + +T A F2tn0at5shnocCnarBCLRserieSe11tTuOecerunoiShceagMatlCoDV C D型模真仿的统系速调流直环开管闸晶2图e+-g1mditerutBstOyl2a b csacbsnU U UrU IueSgABCvinUt1ntna0tas0t5nsnooCCcVbVaV- 3 -组中选取“ Ground”元件，按图 1 主电路进行连接。为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下。双击 A 相交流电压源图标，打开电压源

5、参数设置对话框，在 A 相交流电源参数设置中，幅值取 220V，初相位设置成 0，频率为 50Hz, 其他为默认值，如图 3所示。 B、C 相交流电源参数设置方法与 A 相基本相同，除了将初相位设置成互差120外，其他参数与 A 相相同。由此可得到三相对称交流电源。晶闸管整流桥的建模和参数设置。首先从电力电子模块组中选“ UniversalBridge”模块，然后双击模块图标，打开 SCR 整流桥参数设置对话框，参数设置如图 4 所示。当采用三相整流桥时，桥臂数取 3， A、 B、C 三相交流电源接到整流桥输入端，电力电子元件选择晶闸管。参数设置的原则如下，如果是针对某个具体的变流装置进行参数

6、设置，对话框中的 Rs、Cs、RON、L ON、V f 应取该装置中的晶闸管元件的实际值，如果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可先取默认值进行仿真。若仿真结果理想，就可认可这些设置的参数，若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。这一参数设置的原则对其他环节的参数设置也是适用的。图 3 A 相电源参数设置- 4 -图 4 SCR 整流桥参数设置平波电抗器的建模与参数设置。首先从元件模块组中选“ Series RLCBranch”模块，然后打开平波电抗器参数设置的对话框，参数设置如图 5 所示，平波电抗器的电感值是通过仿真实验比较后得到的优化参数。图 5

7、平波电抗器参数设置- 5 -直流电动机的建模和参数设置。首先从电动机系统模块组中选取“ DCMachine”模块。直流电动机的励磁绕组“ F+-F-”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源模块， 并将电压参数设置为 220V，电枢绕组“A+-A- ”经平波电抗器接晶闸管整流桥的输出， 电动机经 TL 端口接恒转矩负载，直流电动机的输出参数有转速 n、电枢电流 Ia、励磁电流 If 、电磁转矩 Te，通过“示波器”模块观察仿真输出图形。电动机的参数设置步骤如下，双击直流电动机图标，打开直流电动机的参数设置对话框，直流电动机的参数设置如图 6。参数设置的原则与晶闸管整流桥相同。

8、图 6 直流电动机参数设置同步脉冲触发器的建模和参数设置。同步脉冲触发器包括同步电源与 6 脉冲触发器两部分。 6 脉冲触发器可从附加库模块组 (Extra Library) 中的控制子模- 6 -块组 (Control Blocks) 获得。 6 脉冲触发器需用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。同步电源与 6 脉冲触发器及封装后的子系统符号如图 7(a)(b)所示。1Uct1+vUa-alpha_degVabAB2+vBCpulses1Ub-CAOut1VbcBlock3+vSynchronizedUc-6-Pulse GeneratorVca2In2U

9、ctIn2Ua Out1UbUcSubsystem(a)同步电源与 6 脉冲触发器 (b)封装后的子系统符号图 7 同步电源与 6 脉冲触发器和封装后的子系统符号至此，根据图 1 主电路的连接关系，则可建立起主电路的仿真模型，如图 2所示。图中触发器开关信号为 “0时”，开放触发器，开关信号为 “1时”，关闭触发器。（2）控制电路的建模与参数设置晶闸管直流调速系统的控制电路只有一个给定环节，它可以从输入模块组中选取 “Constant模”块，然后双击该模块图标， 打开参数设置对话框， 将参数设置为50rad/s。实际调速时，给定信号是在一定范围内变化的，读者可通过仿真实践，确定给定信号允许的变

10、化范围。将主电路和控制电路的仿真模型按照晶闸管的直流调速系统电气原理图的连接关系进行模块连接，即可得到图 2 所示的晶闸管直流调速系统仿真模型。4.2 系统的仿真参数配置在 MATLAB 的模型窗口打开 “Simulation菜”单，进行 “Configuration Parameters设”置 , 如图 8 所示。- 7 -图 8 仿真参数配置单击 “Configuration Parameters菜”单后，得到仿真参数配置对话框，仿真中所选择的算法为 ode23s。由于实际系统的多样性，不同系统需要不同的仿真算法，到底采用哪一种算法，可通过仿真实践进行比较选择。仿真 “Start time

11、一般”设为0, “ Stop time根据”实际需要而定。图 9 仿真参数配置对话框及参数配置- 8 -4.3 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析当建模与参数配置完成后，即可开始进行仿真。在 MATLAB 的模型窗口打开“Simulation菜”单，单击 “Start命”令后，系统开始仿真，仿真结束后可输出仿真结果。单击“示波器”命令后，通过“示波器”模块观察仿真输出图形，如图 10所示，其中图 10(a)、(b)、(c)、 (d)分别表示直流电动机的电磁转矩 Te 曲线、电枢电流 Ia 曲线、角频率 曲线和角频率 与电枢电流 Ia 的关系曲线。(a)直流电动机电枢电磁转矩 Te 曲线(b)

12、 直流电动机电枢电流 I a 曲线- 9 -(c)直流电动机角频率 曲线(d)直流电动机角频率 与电枢电流 I a 的关系曲线图 10 晶闸管直流调速系统的输出波形根据图 2 的仿真模型，系统有两种输出试： 当采用“示波器”模块观察仿真输出结果时，只要在系统模型图上双击“示波器”图标即可；当采用 “out1模”块观察仿真输出结果时， 可在 MATLAB 的命令窗口输入绘图命令 “plot(tout,yout)，即”可得到未经编辑的输出图形，然后对其输出图形进行编辑。最终可得编辑后的输-10-出图形，如图 11 所示。图 11 显示的分别是晶闸管直流调速系统的电流曲线和转速曲线。可以看出，这个结果和实际电动机运行的结果相似，系统的建模与仿真是成功的。在晶闸管直流调速系统建模和仿真结束之际，对建模和参数设置的一些原则和方法归纳如下。系统建模时，将其分为主电路和控制电路两部分分别进行。在进行参数设置时，