直流电动机开环调速系统设计与仿真

东北大学秦皇岛分校控制工程学院自动控制系统课程设计

设计题目：直流电动机开环调速系统

设计与仿真

专业名称自动化

班级学号

学生姓名

指导教师

设计时间2015.7.13~2014.7.24

成绩

目录

1.设计任务书 (3)

2.概述 (4)

2.1前言 (4)

2.2 系统原理 (4)

2.3 simulink框图 (5)

3.元件参数设置 (7)

3.1三相交流电压源设置 (7)

3.2.同步六脉冲触发器 (7)

3.3.三相全控桥整流电路 (8)

3.4.直流电动机设计 (8)

4.仿真结果分析 (9)

α=时 (12)

4.2 当30o

α=时 (14)

4.3 当60o

α=时 (17)

4.4 当90o

4.5励磁电流 (19)

5.结论 (20)

6.参考文献 (22)

7.结束语 (22)

东北大学秦皇岛分校控制工程学院

《自动控制系统》课程设计任务书

专业自动化班级姓名

设计题目：直流电动机开环调速系统设计与仿真

一、设计实验条件

地点：实验室

实验设备：PC机

二、设计任务

R=0.21 ，直流电动机的额定数据为220V，136A，1460r/min，4极，

a 22

GD=22.5N m；励磁电压为220V，励磁电流为1.5A。采用三相桥式全控整流电路。平波电抗器

L=200mH。

p

设计要求：设计并仿真该晶闸管-电动机（V-M）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。

三、设计说明书的内容

1、设计题目与设计任务（设计任务书）

2、前言（绪论）(设计的目的、意义等)

3、主体设计部分

4、参考文献

5、结束语

四、设计时间与设计时间安排

1、设计时间：7月13日～7月24日

2、设计时间安排：

熟悉课题、收集资料：3天（7月13日～7月15日)

具体设计（含上机实验）：6天（7月16日～7月21日)

编写课程设计说明书：2天（7月22日～7月23日)

答辩：1天（7月24日）

2.概述

2.1前言

直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机有着优良的调速性能和启动性能，具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；过载能力大，能承受频繁的冲击负载；能满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。常用于对启动和调速有较高要求的场合，如大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、高速电梯、龙门刨床、电力机车、地铁列车、电动自行车、造纸和印刷机械、船舶机械、大型精密机床和大型起重机等生产机械中。直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速迅速发展，交流调速技术趋于成熟以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎，且直流电动机制造工艺复杂，消耗有色金属多，生产成本高，电刷与换向器之间容易产生火花，维护困难，在一些对调速性能要求不高的领域中已被交流变频调速系统所取代。但是在某些要求调速范围大、快速性高、精密度好、控制性能优异的场合，直流电动机的应用目前仍占有较大的比重。

此次课程设计中，我们组采用MATLAB对直流电动机开环调速系统进行设计与仿真。MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。MATLAB提供的动态系统仿真工具Simulink，有效地解决了仿真技术中出现的各种问题，在Simulink中，有着各种电力电子器件以及直流电动机模型，使得对系统进行建模变得快捷简单，可以比较方便地改变各个器件的参数，并且能快速地得到所期望的仿真结果。

2.2 系统原理

系统由三相交流电压源供电，经晶闸管三相全控桥式整流电路整流后得到直流输出电压，再经平波电抗器L p抑制纹波后给直流电动机电枢回路供电。调节

三相全控桥整流触发电路移相控制电压U ct 可以改变晶闸管的控制角，即改变晶闸管的导通时间，使整流器的输出电压增大或减小，电枢回路电压变化从而实现直流电动机的调速功能。

图2-1直流电机开环调速系统原理框图

系统采用降低电枢电压调速，电枢电压可以由三相全控桥整流触发电路的移相控制电压U ct 控制。三相全控桥式整流电路图如下：

图2-2 三相全控桥式整流电路图

带感性负载时，三相全控桥式整流电路的控制角α的移相范围为0-90o ，设定U ct 最大值为+15V ，α最小值为0o ，得移相特性α=90-6U ct 。当U ct 为最大值+15V 时，控制角α为最小值0o ，由U d =2.34U 2cos α可知，此时整流输出电压U d 为最大值，U ct 减小则控制角α增大，整流输出电压U d 减小，当U ct 为0V 时，控制

角α为最大值90o ,整流输出电压U d 为最小值。

2.3 simulink 框图

U ct 六脉冲触发器 三相桥式全控整流电路 三相交流电源 直流电动机