实验一、开环直流调速系统的仿真实验.docx
开环直流调速系统的建模与仿真
院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427 实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 - 11- 29一、实验目的1、掌握开环直流调速系统的组成和工作原理；2、掌握使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真；3、检验仿真结果与理论分析的关系。
二、实验步骤：1、主电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的主电路主要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。
打开MATLAB软件，从左侧窗口中拉出主电路所需器件进行连线，参数设置如下：三相对称交流电压源（交流峰值电压取176.75、初相位0°，频率50HZ，其它为默认值，B、C相与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外）、晶闸管整流桥（缓冲电阻Rs=50K、缓冲电容Cs为无穷大inf、内电阻Ron=0.001、内电抗Lon=0）、平波电抗器（阻抗R=0、电感L=5Ml/电容C为无穷大inf）、直流电动机（励磁电阻Rf=146.7、电感取0、电枢电阻Ra=1.5、电枢电感La=0.016、电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.76H、电机转动惯量J=0.57kg.m^2、额定负载转矩Tl=18N.m）；2、控制电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的控制电路只是一个给定环节，可以从输入模块选取“Constant”模块，双击该模块图标，打开参数设置对话框，将参数设置为20rad/s。
实际调速时，转速给定信号是在一定范围内变化的。
将主电路和控制电路的仿真模型按照开环直流调速系统电气原理图的连接关系进行模型连接，并用示波器观察三相交流电压源、触发脉冲信号、晶闸管整流桥的输出整流电压以及整流电压的平均值、直流电动机的转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te等参数。
3、系统的仿真参数设置：院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 -11 -29 在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，选中“Simulation parameters(仿真参数)”，弹出仿真参数设置对话框。
直流调速系统仿真.doc
直流调速系统仿真目录一．直流调速系统仿真1.开环直流调速系统的仿真2.单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真3.单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真4.单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真5.单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真6．单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真7.单闭环转速负反馈调速系统定量仿真8.双闭环直流调速系统定量仿真9.PWM直流调速系统仿真二．双闭环直流调速系统1双闭环直流调速系统的工作原理1.1双闭环直流调速系统的介绍1.2双闭环直流调速系统的组成1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性1.4双闭环直流调速系统的数学模型2系统设计方法及步骤2.1系统设计的一般原则2.2电流环设计2.2.1确定时间常数2.2.2选择电流调节器结构2.2.3选择电流调节器参数2.2.4校验近似条件2.3转速环设计2.3.1确定时间常数2.3.2选择转速调节器结构2.3.3选择转速调节器参数2.3.4校验近似条件三．Simulink环境中的系统模型、仿真结果及分析3.1Matlab和Simulink简介3.2 Matlab建模与仿真3.3电流环的MA TLAB计算及仿真3.3.1电流环校正前后给定阶跃响的MA TLAB计算及仿真3.3.2绘制单位阶跃扰动响应曲线并计算其性能指标3.3.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.3.4电流环频域分析的MA TLAB计算及仿真3.4转速环的MA TLAB计算及仿真3.4.1转速环校正前后给定阶跃响应的MA TLAB计算及仿真3.4.2绘制单位阶跃信号扰动响应曲线并计算其性能指标3.4.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.4.4转速环频域分析的MA TLAB计算及仿真4V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图摘要直流调速系统有多种调速方法，各种方法各有优缺点。
就性能而言，闭环性能优于开环，双闭环性能优于单闭环，然而对于实际系统，还要考虑系统的成本和复杂性，因此各种方法都有一定的适应场合。
实验一、开环直流调速系统的仿真实验
实验一 开环直流调速系统的仿真一、实验目的1、熟悉并掌握利用MATLAB 中Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。
2、掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法。
二、实验内容开环直流调速系统的仿真框图如图1所示，根据系统各环节的参数在Si ｍuli ｎｋ中建立开环直流调速系统的仿真模型，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电流Ｉｄ和转速n 的响应数据,绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析,给出相应的结论。
+—*n ()U s s s 1K T s +1/1l R T s +m R T se1C ()n s Ed ()I s +dL ()I s _图1 开环直流调速系统的仿真框图开环直流调速系统中各环节的参数如下:直流电动机：额定电压UN = 220 V ,额定电流IdN ＝ 55 Ａ,额定转速ｎN = 1000r/min ，电动机电势系数Ce= 0.192 V ·min/r 。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ｋs = 44，滞后时间常数Ts = ０.001６７ s 。
电枢回路总电阻R =1.0 Ω,电枢回路电磁时间常数Tl = 0.０01６７ s,电力拖动系统机电时间常数Tm = 0.075 s 。
ﻩ对应额定转速时的给定电压Un*=4.36４V 。
三、实验步骤1、根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的Ｓimul ｉnk 仿真框图，如图2所示。
图2 空载时开环直流调速系统的仿真框图2、设置合适的仿真时间，利用ｏut 器件或示波器将相关数据输出到ＭATL ＡＢ的W ｏrks ｐａc ｅ中，并在ＭATLA Ｂ中利用pl ｏｔ（X,Y)函数绘制出空载时直流电动机的电枢电流Id和转速ｎ的响应曲线，记录并分析实验数据,给出相应的结论。
3、根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的Simuｌｉnk仿真框图,如图3所示。
图3带负载时开环直流调速系统的仿真框图4、设置合适的仿真时间，在１s时分别加入负载电流为ＩdL=10、２0、５0A，利用ｏu ｔ器件或示波器将相关数据输出到MＡTＬAB的Workｓpace中，并在MATLAB中利用plot(X,Ｙ）函数绘制出在１s时加入负载电流分别为IｄL=１0、20、50A时直流电动机的电枢电流Id和转速ｎ的响应曲线，记录并分析实验数据,给出相应的结论。
晶闸管开环直流调速系统的仿真
晶闸管开环直流调速系统的仿真一、工作原理晶闸管开环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-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路课直接由给定电压Ug座位触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理如图1所示。
图1 晶闸管开环直流调速实验控制原理图二．设计步骤1主电路的建模和参数设置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、直流电动机灯部分组成。
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，所以讲触发器轨道主电路进行建模。
①三相对称交流电压源的建模与参数设置。
首先从电源模块中选取一个交流电压源模块，即，再用复制的方法得到三相电源的另外两个电压源模块，并用模块标题名修改方法将模块标签分别改为“A相”、“B相”，“C相”，然后从连接器模块中选取，按图1主电路图进行连接。
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，其它为默认值，如图2所示，B、C相交流电源设置方法与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外，其它参数与A相相同。
由此可以得到三相对称交流电源。
②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取中的，并将模块标签改成“晶闸管整流桥”，然后双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数设置如图3所示。
当采用三相整流桥时，桥臂数为3，A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子选择晶闸管。
参数设置原则如下，如果是针对某个具体的交流装置进行参数设置，对话框中的Rs、Cs、R ON、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，若果是一般情况，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。
直流电动机开环调速系统仿真
直流电动机开环调速系统仿真随着电动机在工业、交通等领域的广泛应用，开发一种高效可靠的电动机控制系统对于提高整个工业的精度和效率至关重要。
其中，直流电动机开环调速系统是电动机控制系统中的一种基础环节，其使得直流电动机能够以合适的速度运行，完成工作任务。
一、调速系统的基本原理1. 直流电动机的基本结构与原理直流电动机由定子、转子、刷子、通电电源四个基本部分组成，其中，定子上包覆绕组，绕组所带的电流受到直流电源的控制，与转子上的永磁体受到的作用力相互作用，产生电动力和电磁力，从而使转子旋转。
2. 直流电动机的调速根据直流电动机的转矩-速度特性曲线可知，直流电动机的转速与电极数、电流和电磁力等因素密切相关。
因此，通过控制直流电动机的电流大小，可以达到调节直流电动机转速的目的。
直流电动机开环调速系统主要由电动机本体、电流传感器、减速器以及驱动器等基本组成部分组成。
其中，电流传感器用于检测电动机电流的大小，而驱动器则输出一定的电压或电流，控制直流电动机的运行。
二、仿真实现1. 基本仿真模型基于MATLAB/Simulink软件建立的直流电动机开环调速系统仿真模型主要由瞬时电压、转速检测、控制逻辑、直流电机、直流电阻负载以及电流检测等组成，实时进行电磁转矩的计算，最终得到直流电机的运动状态，从而实现调速功能。
2. 仿真分析通过此仿真模型，我们可以得到直流电动机的运行状态，理解不同负载下的转矩-转速特性曲线以及电流在不同转速下的变化，从而通过调节电流、电压等参数，以达到理想的调速效果。
三、结论直流电动机的开环调速系统是一个重要的电动机控制系统组成部分，其能够有效地提高电动机的自动控制能力，大大提升了直流电动机的工作效率和精度。
本文通过介绍直流电动机调速系统的基本原理和仿真实现，为电动机控制系统研究和开发提供了参考和借鉴，对推动整个行业智能化和自动化发展具有重要意义。
直流调速系统的MATLAB仿真(参考程序)
直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
MU d+I dGTU cE +--UCR图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。
在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。
仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。
励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。
平波电抗器d 20mH L =。
仿真该晶闸管-直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的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。
N 220V U =仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。
2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
125-实验 实训 实习-开环直流调速系统的分析与测试
实验 开环直流调速系统的分析与测试一、实验目的1．熟悉三相桥式全控整流电路的结构特点，以及整流变压器、同步变压器的联接。
2．掌握KC785集成触发电路的应用,掌握三相晶闸管集成触发电路的工作原理与调试（包括各点电压波形的测试与分析）。
3．研究三相全控桥式整流电路①（电阻负载时），在不同导通角下的电压与电流波形。
4. 熟悉小功率晶闸管直流调速系统的工作原理，掌握直流晶闸管调速系统的整定与调试。
二、实验电路与工作原理图11．三相全控桥式整流电路如图1所示。
图中6只晶闸管按顺序导通，其特点是：晶闸管导通的起始点（即自然换相点）：对共阴极组的T1、T3、T5为Ua 、Ub、Uc三个正半波的交点，而对共阳极组的T4、T6、T2为三相电压负半波的交点。
在共阳极组和共阴极组的管子中，只有各有一个导通，才能构成通路。
为了保证电路能启动和电流断续后能再触发导通，必须给对应的两个管子同时加上触发脉冲。
图中TA为电流互感器（三相共3个）（HG1型，5A/2.5Ma,负载电阻<100欧），由于电流互感器二次侧不可开路（开路会产生很高的电压），所以二次侧均并有一个91欧的电阻。
2．整流变压器与同步变压器的接线如图2。
(a) 图2 (b)1）采用整流变压器主要是为了使整流输出电压与负载电压相匹配。
本系统的负载为电动机，其电压为100V，由三相全控桥的公式Ud=2.34U2（U2为变压器次级侧相电压），有U2=43V。
2）整流变压器接成Dy型（Δ/Y-11），可有效抑制整流时产生的三次谐波对电网的不良影响。
整流变压器还起电气隔离作用，有利人身安全。
3）同步变压器的接法为Y/Y-10。
4）同步变压器与整流变压器的联接如图2(b)所示。
3．触发电路如图3所示。
图3本电路的触发电路的核心是集成触发器KC785（TCA785），它是锯齿波触发器，封，它的引脚功能见下表装，形式是DIP-161）正弦同步电压uSa、uSb、uSc；（13V）；2）移相控制电压UC（直流0~8V）；3）直流偏置电源：+12V、+15V、+24V；4）脉冲输出控制CR：CR=0，脉冲正常输出，CR=1，无脉冲输出；触发脉冲输出端：G1、K1，G2、K2、三、实验内容与步骤1．触发电路的调节将同步变压器接成Y/Y-10；将同步电压u Sa、u Sb、u Sc送到触发单元将直流电源+12V、+15、+24V接到触发电路；将触发单元CR接地；控制电压Uc端直接接至转速调节器的给定电源上，接通电源，先使Uc为+4V左右，观测N1的脚（锯齿波）的幅值及波形；调节RP1使N1锯齿波的幅值的7.8-7.9V，再以N1的锯齿波为基准，调RP2和RP3，使N2和N3锯齿波斜率与N1相同；调节控制电压Uc，使Uc由0-8V，观察脉冲的移相，然后将Uc=6V测量6个触发脉冲是否互差60℃；若各触发脉冲正确无误，则在切断电源后，将脉冲变压器的输出接到对应晶闸管的G.K 极；关闭电源。
直流电动机开环调速系统计算仿真
直流电动机开环调速系统仿真直流开环调速系统的电器原理：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。
理论分析电机参数如下:U N - 220V , 1 N ~136A , n N - 1460r / min 极数为四极2 2 凡"21JGDP5N m。
励磁电压U r 220V 励磁电流「""采 用三相桥式整流电路，设整流器的内阻为R re ^0.51。
平波电抗器 L d =20mH 。
计算:(2) 电机参数:励磁电阻 R f 二U f /l f =220/1.5 =146.7"电枢电阻R a -0.21'1电枢电感估算 L a =19.1* CU N =19.1 竺220 0.00021 H2p n z l N 2汉 2汉1460"36 电枢绕组和励磁绕组互感L af :C e =U N _RaI N =0.132V.min/ r n N60 K e C e =1.26 2兀L af = K e /1 f = 1.26 /1.5 = 0.84 H移相特性--9090 -»min U cmax U c ,此处:=90-6UU 2 二 220 0.5*136 (1)供电电源的电压 V 2.34cos ： min 2.34*cos30 = 142V(3) 电机转动惯量：J 二GD2/4g =22.5/4/9.8 =0.57kg m2(4) 额定负载转矩:叽二9.55C e I N = 171.4N mSimulink中搭建的仿真模型参数设定:三相电源线：电压142* sqrt(3)、初相角0度、频率50hz、连接方式丫型连接、阻抗0.001 ，感抗为0直流电机：电枢电阻0.21」、电枢电感0.00021H、励磁电阻146.71、励磁电感0H、磁场与电枢互感0.84H、转动惯量0.57平波电抗器：电感0.02H.0.5秒时加171.4N*m的负载仿真结果1、转速1、 全电压启动时电流很大，在0.25秒的时候达到最大电压，电流降为 0, 0.5秒加负载后，转速下降，电流增加直到转速稳定。
实验一、开环直流调速系统的仿真实验
实验一、开环直流调速系统的仿真实验实验目的本实验旨在通过搭建开环直流调速系统的仿真实验平台，深入理解电机的转速调节原理，了解直流电机的调速方法，掌握仿真软件的基本操作，为后续实验打下坚实的基础。
实验器材•个人电脑•仿真软件MATLAB/Simulink实验原理直流电动机的转速调节方法有开环调速和闭环调速两种。
开环调速是采用给定电压和负载转矩（或负载电流）的关系表格，来确定电机所需要的电压值，然后通过直流调速器给电机供给相应电压值来调节电机的转速。
本次实验采用开环调速方法，实现直流电动机的转速控制。
电机通过直接接到电源上，输入直流电，可在一段范围内自动调节电机的转速。
实验过程中，通过修改电机被驱动的电压来达到调节电机的转速和功率的目的。
实验步骤1.在MATLAB/Simulink软件中新建一个仿真模型。
2.从Simulink库中拖拽Power System Toolbox中引入电源，将其与直流电动机模块相连。
3.调整电压、电流、电功率大小，展示不同转速下直流电动机的性能。
4.分析电动机性能曲线并记录实验数据。
5.结束实验后，停止仿真，保存实验数据。
实验结果通过本次实验，得到了不同电压下直流电动机的表现，所有数据都记录到实验报告中，以供参考。
从实验结果来看，不同电压下直流电动机的性能有很大的差异。
不同电压产生的转速和功率差异也十分明显。
本实验是初步了解直流电动机转速调节原理的实验，从中我们可以清晰地了解到开环调速的方法和它的应用。
同时还要深刻理解几个关键的概念，如转速、电压和功率之间的关系，并且会更加熟练地掌握这些内容。
此外，在进行实验时还需要注意实验操作的细节，避免出现过程错误和误差。
我们需要紧密联系育人活动和实验课程，深入了解和掌握实验原理，要严格按照实验要求操作，提高实验技能和实验思维能力，为以后的实验打下基础。
实验一 开环直流调速系统仿真
实验一开环直流调速系统仿真一、实验目的1.熟悉MATLAB中的sinulink仿真的Powersystem库的元器件；2.掌握直流电动机的模型；3.掌握开环直流调速系统的原理及仿真。
二、实验原理1. 直流电动机的数字模型及模块SimPowersystem/machine/DC machine2. 开环直流调速系统三、实验内容基本数据如下：电动机：150kW,1000r/min, 700A,0.05Ω；Ld=2mH, Rd=0.08; Ce=0.185,Cm=0.18; Tm=0.8s;Tl=0.025s三相全控桥整流：Ks=23；Ts=0.0017；Ce=0.185,Cm=0.18; Tm=0.8s;Tl=0.025s四、实验步骤1．根据原理和内容搭建电路模型；2．设置各元器件的参数；3．设置仿真参数：仿真时间设为0——1s；计算方法为ode15或ode23tb。
4．仿真实现。
元器件清单：元器件名称提取元器件路径同步6脉冲发生器（Synchronized6-Pulse Generator）SimPowerSystems/Extra Library/Control Block/Synchronized6-Pulse Generato多功能桥式电路模型（Universal Bridge）SimPowerSystems/Power Electronics/ Universal Bridge直流电机(DC Machine) SimPowerSystems/Extra Library/Additional Machines/DC Machine五、实验报告1. 绘制仿真电路图及输出波形图(波形要求的白底)；2.分析开环调速系统的特性，负载变化时速度如何变化；。
直流调速系统的MATLAB仿真(报告)
直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。
在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。
仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。
励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。
平波电抗器d 20mH L =。
仿真该晶闸管-直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的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。
仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。
2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
电枢电阻：a 0.2R =Ω电枢电感由下式估算：N a N N 0.422019.119.10.0021(H)2221460136CU L pn I ⨯==⨯≈⨯⨯⨯电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ：N a N e N 2200.21360.132(V min/r)1460U R I K n --⨯==≈⋅ T e 60600.132 1.262π2πK K ==⨯≈T af f 1.260.84(H)1.5K L I === 电机转动惯量2222.50.57(kg m )449.81GD J g ==≈⋅⨯③ 额定负载转矩L T N 1.26136171.4(N m)T K I ==⨯≈⋅表1 开环直流调速系统主要模型参数3）设置仿真参数：仿真算法odel5s ，仿真时间5.0s ，直流电动机空载起动，起动2.5s 后加额定负载L 171.4N m T =⋅。
开环直流调速系统的仿真
共 阴 极 组 —— 阴 极连接在一起的 3 个晶闸管（ VT1 ， VT3，VT5）
导通顺序：
VT1－VT2
－VT3－ VT4
－VT5－VT6
图 三相桥式全控整流电路原理图
共阳极组 —— 阳 极连接在一起的 3个晶闸管（VT4， VT6，VT2）
带电阻负载
时，各晶闸 管均在自然换相点处换 相，各自然换相点既是 相电压的交点，同时也 是线电压的交点。 输出整流电压ud为 这两个相电压相减，是 线电压中最大的一个， 因此输出整流电压ud波 形为线电压在正半周期 的包络线。
开环直流调速系统的仿真
直流调速系统控制方案 根据电动机的转速表达式：
ud id Rd n Ce
可以看出，直流电动机调节转速有以下三种 方法： （1）调节电枢电压调速； （2）改变电动机励磁调速； （3）改变电枢回路电阻调速。
晶闸管直流调速系统电器原理图
晶管触发与整流装置动态结构图
三相桥式全控整流电路
调节Un*→改变移相角α→改变U d→ n改变 在仿真中，直流电动机励磁由直流电源直接供电。触 发器的控制角通过移相控制环节，移相控制模块的输入是 移相控制信号Uc,输出是控制角，移相控制信号Uc由常数 模块设定。
开环直流调速系统的仿真模型
基于电气原理图的直流电动机
电动机模型位于SimPowerSystems工具箱下machines库中的DC machines 和DiscreteDC machines分别是直流电动机和离散直流 电动机模型
Field resistance and inductanceRf (ohms) 和Lf(H): 励磁回路电阻和电感
Field-armature mutual inductanceLaf (H)： 电枢与励磁回路互感； Total inertia J (kg.m^2) ：电机转动惯量(kg.m^2) ； Viscous friction coefficient Bm (N.m.s)：粘滞摩擦系数(N.m.s)； Coulomb friction torque Tf (N.m)： 静摩擦转矩(N.m)； Initial speed (rad/s)：初始速度。
开环直流调速系统
实验一开环直流调速系统一、实验目的1．了解晶闸管直流调速系统实验装置的组成。
2．熟悉直流调速系统的组成及基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及开环系统调速特性的测定。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理图1-1是最简单的晶闸管—直流电动机开环调速系统。
其中，U C是系统的给定输入信号，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使外界交流电源整流出直流电压U do供给直流电动机，使电动机以一定的速度旋转。
改变控制电压U C就可触发器的脉冲控制角及整流电压U do，相应改变电动机的转速，从而达到调速的目的。
这时电动机的机械特性为：n n C R I U C KC R I U K C R I U n o e d c e tr e d c tr e d do ∆-=-=-=-=∑∑∑φφφφ （6-1）其中 φe d C R I n ∑=∆ ——系统的开环稳态速降。
开环系统当给定输入信号一定时，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使交流电源整流出直流电压U do 也是恒定的，电动机就以恒定的速度旋转。
但当外界有扰动（例如负载波动）时，转速就有较大的波动，而开环系统不能自动进行补偿四、实验内容(1)学习DJK01“电源控制屏”的使用方法。
(2)DJK04上的基本单元的调试。
(3)U c 不变时直流电动机开环特性的测定。
(4)U d 不变时直流电动机开环特性的测定。
五、预习要求(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管开环直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。
图1-1 开环直流调速系统(2)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。
六、实验方法(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
实训一 开环直流调速系统
实训一开环直流调速系统一、实验目的1．了解晶闸管直流调速系统实验装置的组成。
2．熟悉直流调速系统的组成及基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及开环系统调速特性的测定。
二、实验所需挂件及附件序号型号备注1 DJK01电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。
2 DJK02 晶闸管主电路3 DJK02-1三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放” 等几个模块。
4 DJK04电机调速控制实验I 该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。
5 DJ15 直流并励电动机6 DJ13-1直流发电机7 D42 三相可调电阻8 慢扫描示波器自备9 万用表自备三、实验线路及原理图1-1是最简单的晶闸管—直流电动机开环调速系统。
其中，U C是系统的给定输入信号，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使外界交流电源整流出直流电压U do供给直流电动机，使电动机以一定的速度旋转。
改变控制电图1-1 开环直流调速系统压U C 就可触发器的脉冲控制角及整流电压U do ，相应改变电动机的转速，从而达到调速的目的。
电动机的机械特性为：n n C R I U C K C R I U K C R I U n o e d c e tr e d c tr e d do ∆-=-=-=-=∑∑∑φφφφ （1-1） 其中 φe d C R I n ∑=∆ ——系统的开环稳态速降。
开环系统当给定输入信号一定时，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使交流电源整流出直流电压U do 也是恒定的，电动机就以恒定的速度旋转。
但当外界有扰动（例如负载波动）时，转速就有较大的波动，而开环系统不能自动进行补偿四、实验内容(1)学习DJK01“电源控制屏”的使用方法。
(2)DJK04上的基本单元的调试。
(3)U c 不变时直流电动机开环特性的测定。
(4)U d 不变时直流电动机开环特性的测定。
直流电机开环调速系统的仿真
直流电动机开环调速系统仿真直流电动机开环调速系统原理1原理直流开环调速系统的电气原理如图1所示。
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U c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。
该系统的仿真模型如图2所示。
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。
图1 直流开环调速系统电气原理图3 移相特性2个参数的理论计算值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Uc Uc a a maxmin9090-︒+︒=在本模型中取︒=30min a ，V Ucm 10±=，所以Uc a 690+︒=。
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2仿真过程2.1仿真原理如图2根据实验原理图在Matlab 软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。
图2 直流电动机开环调速系统的仿真模型1、具体步骤a 、点击桌面Matlab 图标，打开Matlab 软件，在工具栏里根据提示点击，再点击matlab help ，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View ，Library Browser ，打开元器件库查找新的元器件。
2、所用元器件及其参数设置a.Three Phase Sourceb.Synchronized 6-Pulsec.XY Graphf.Gain 1e.DC Machineg.Senies RLC Branchh.Universal Bridgei.Mean Valuej.blockl.Saturationj.Ranpk.Fcnm.Uctl.ud13.3仿真结果根据上面的步骤查找器件，连线，可画出原理图，运行之后，得到如下波形。
开环直流调速系统的建模与仿真
院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427 实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 - 11- 29一、实验目的1、掌握开环直流调速系统的组成和工作原理；2、掌握使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真；3、检验仿真结果与理论分析的关系。
二、实验步骤：1、主电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的主电路主要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。
打开MATLAB软件，从左侧窗口中拉出主电路所需器件进行连线，参数设置如下：三相对称交流电压源（交流峰值电压取176.75、初相位0°，频率50HZ，其它为默认值，B、C相与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外）、晶闸管整流桥（缓冲电阻Rs=50K、缓冲电容Cs为无穷大inf、内电阻Ron=0.001、内电抗Lon=0）、平波电抗器（阻抗R=0、电感L=5Ml/电容C为无穷大inf）、直流电动机（励磁电阻Rf=146.7、电感取0、电枢电阻Ra=1.5、电枢电感La=0.016、电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.76H、电机转动惯量J=0.57kg.m^2、额定负载转矩Tl=18N.m）；2、控制电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的控制电路只是一个给定环节，可以从输入模块选取“Constant”模块，双击该模块图标，打开参数设置对话框，将参数设置为20rad/s。
实际调速时，转速给定信号是在一定范围内变化的。
将主电路和控制电路的仿真模型按照开环直流调速系统电气原理图的连接关系进行模型连接，并用示波器观察三相交流电压源、触发脉冲信号、晶闸管整流桥的输出整流电压以及整流电压的平均值、直流电动机的转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te等参数。
3、系统的仿真参数设置：院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 -11 -29 在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，选中“Simulation parameters(仿真参数)”，弹出仿真参数设置对话框。
开环直流调速系统实验
三、实验系统组成和工作原理
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、电动机和发电机组等组成。本实验中，整流装置的 主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug引出作 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α， 从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
(1-9) (1-10)
LHale Waihona Puke =（√ZL²-RL²）/2πf(1-11)
3、直流电动机发电机组的飞轮惯量GD2的测定 电力拖动系统的运行方程式为
Ta-TL=(GD2/375)×dn/dt
(1-12)
式中：Ta-电动机的电磁转矩，单位为Nm，TL-负载转矩，空 载时即为空载转矩Tz，单位为Nm。n-电机转速，单位为
4所示。
电动机M加额定励磁，将电机空载起动至稳定转速后， 测取电枢电压Ua和电流Iz，然后断开Ug用光线示波器 拍摄n=f(t)曲线，即可求取一转速时的Tz和dn/dt。由于 空载转矩不是常数，可以转速n为基准选择若干个点， 测出相应的Tz和dn/dt，以求取GD2的平均值。
4、主电路电磁时间常数Td的测定。
63.2％稳态值时，所经过的时间即为拖动系统的机电时间常
数。测试时电枢回路中的附加电阻应全部切除，突然给电枢加
电压，用光线示波器拍摄过渡过程曲线，n=f(t)，即可由此确
定机电时问常数。
7. 晶闸管触发及输出特性Ud=f(Uct)以及测速发电机 特性Us=f(n)的测定
晶闸管电动机加额定励磁逐渐增加触发电路的控制电压
二、实验内容
1．控制单元调试； 2．系统调试； 3．机械特性n=f(Id)的测定； 4．闭环控制特性n=f(ug)的测定； 5．系统的动态特性的观察。
最新运动控制系统-直流调速开环控制系统实验
实验一直流调速开环控制系统实验一．实验目的１．研究晶闸管直流电动机调速系统在开环时的工作特性。
２．研究晶闸管整流调压控制技术。
３．学习直流电机调速系统控制技术。
二．实验接线图〔如下图〕三．预习要求1．了解电机调压调速输入输出特性。
2．弄清开环控制直流调速系统的工作原理。
四．实验设备及仪表1．MCL—III教学实验台主控制屏2．MCL—33A组件挂箱3．MEL—11挂箱4．电机导轨及测功机.MEL—13组件5．直流电机M036．双踪示波器，万用表五．考前须知1.直流电机工作前，必须先加上直流激磁2.测取静态特性时，须注意主电路电流不许超过电机额定值〔1A〕3.三相主电流连线时需注意，不可错换相序4.电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB，再重新闭合电源即可。
5.系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug起动电机6.起动电机时需空载，具体步骤把MEL—B的测功机加载旋钮，逆时针旋转到底，以免带载起动。
7.改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开〞红色按钮，同时使系统给定为零8.双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳相接，故在使用时必须两探头的地线同电位。
〔只用一跟地线〕以免造成短路事故。
六．实验内容1．移相触发电路的调试〔主电路为断电〕（a）用示波器观察MCL—33A的双脉冲观察孔，应取双脉冲且间隔均匀，幅值相同，应有幅值为5v—10v的双脉冲。
（b）检查相序，示波器观察“1〞、“2〞脉冲观察孔。
“1〞脉冲超前“2〞脉冲60°，则相序正确；否则，应调整输入电流。
（c）触发电路输出脉冲应在30°—90°范围可调〔用双踪示波器观察同步信号及双脉冲间相位〕。
（d）保持同步电压U不变，依次观察双脉冲输出孔1、2、3、4、5、6，记录波形及其相序。
2. 测量调速系统开环工作机械特性。
(a)给定〔Ug〕直接加至MCL—33A移相控制U co，且Ug调至零，S2开关拨下来〔断开〕，直流电机励磁开关闭合；(b)合上开关屏开关〔绿色按钮〕，再把S2开关闭合；(c)调节Ug使直流电机空载转速n0=1500r/min，然后调节测功机转矩加载旋钮，观察转速，电流以及整流输出电压U d，在空载至额定负载范围内取7—8点，并画出n=f〔id〕曲线正转调节U g, 记录U g和n测定n=f(U g)(d)断开S2，关断主回路〔红色按键〕，电位器复位，改变电机电枢A1和A2的极性(e)调节Ug使直流电机空载转速n0=-1500r/min，然后调节测功机加载旋钮，观察转速，电流以及整流输出电压U d，在空载至额定负载范围内取7—8点，并画出n=f〔id〕曲线调节U g, 记录U g和n测定n=f(U g)七．实验报告绘制实验所得机械静特性，并进行分析比拟双闭环晶闸管不可逆调速系统一．实验目的1.了解双闭环不可逆直流调速系统原理组成及个主要单元部件的原理2.熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法3.熟悉MCL—31，MCL—33的结构及调试方式4.掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤方法及参数整定二．实验接线图〔如下图〕三．实验内容1.个控制单元调试2.测定电流反应系数3.测定闭环静特性4.闭环控制特性的测定5.观察记录系统动态波形四．实验设备及仪器1.MCL—Ⅲ教学实验台主控制屏2.MCL—31组件〔在主控制屏上〕3.MCL—33挂箱4、MEL-11挂箱5、MEL-03三相可调电阻挂箱6、电机导轨及侧功机、MEL-13挂箱7、直流电动机M038、双综示波器、万用表五．考前须知1、三相主电流相序不可接错2、电源开关闭合时，过流保护发光二极管可能会亮，应按下复位钮后再闭合3、系统开环时，不允许突加给定信号U g起动电机4、起动电机时应空载，把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底5、改变接线时，必须先将主回路断电，同时使系统给定为06、进行闭环调试时，注意反应极性7、注意双综示波器的使用方法六．实验方法1、系统调试将U blf接地，U blr悬空，即使用一组桥六个晶闸管1〕、电流变换器的调试电机不加励磁：〔a〕、系统开环，即控制电压U CO由给定U g直接接入(U g直接节接到MEL-31A中U CO)。
开环直流调速系统实验_交直流调速系统（第2版）_[共6页]
![开环直流调速系统实验_交直流调速系统（第2版）_[共6页]](https://img.taocdn.com/s3/m/b04e07d952ea551811a68722.png)
1.5开环直流调速系统实验11这条直线就是电动机在电枢电压为U d0时的机械特性曲线。
那么，怎样改变电动机的负载电流呢？实际系统中，负载电流的大小代表着电动机输出驱动转矩的大小，是由生产机械所带生产负荷决定的，负荷加重，电动机的电枢电流增大；反之，负荷减轻，电枢电流减小。
实验中常用直流发电机和可调电阻R 作为直流电动机的模拟负载，发电机与电动机同轴旋转，发电机输出电压加在可调电阻上，根据能量守恒和转换关系可知，电阻上消耗功率代表着直流电动机输出功率。
该功率越大，电动机电枢电流就越大。
当电动机转速一定时，直流发电机输出电压一定，负载电阻上消耗功率2U P R= 当电阻减小时，功率P 增大，电动机的电枢电流增大，显然，改变R 的值就可改变电动机的电枢电流。
1．开环调速系统由哪几部分构成？其工作原理是什么？2．如何测试电机的开环机械特性曲线？1.5开环直流调速系统实验 一、实验内容（1）开环直流调速系统的接线与调试。
（2）最大移相控制电压的测试。
（3）负载不变时，测绘()*n n f U =、()*d n U f U =曲线。
（4）测绘机械特性曲线n =f (I d )。
二、实验目的（1）熟练掌握开环调速系统主电路的线路连接。
（2）加深对系统工作原理的理解，认识一定负载下n 、U d 与*n U 的关系。
（3）掌握机械特性的测试方法。
三、实验前预习与准备（1）会画开环调速系统的原理图。
（2）自学附录有关内容，指出本实验需用到哪些实验设备挂件，熟悉这些挂件性能及接线方法。
（3）开环调速系统采用正给定还是负给定？为什么？（4）怎样测试开环机械特性？试设计测试步骤。
四、实验所需挂件实验所需挂件如表1-1所示。
直流调速简介 12 第1章 表1-1实验所需挂件五、实验线路及原理开环直流调速系统原理图如图1-11所示。
图1-11 开环直流调速系统实验原理图开环直流调速系统是最简单的直流调速系统，给定电压直接作为触发电路的移相控制电压。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验一开环直流调速系统的仿真
一、实验目的
1、熟悉并掌握利用 MATLAB中 Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。
2、掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法。
二、实验内容
开环直流调速系统的仿真框图如图 1 所示，根据系统各环节的参数在 Simulink 中建立开环直流调速系统的仿真模型，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电
流Id 和转速 n 的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相
应的结论。
I dL (s)
U n* (s)K s+1/ R I d (s)_R E 1 n( s)
T s s 1—T
l
s 1
+T m s C e
图 1 开环直流调速系统的仿真框图
开环直流调速系统中各环节的参数如下：
直流电动机：额定电压 UN = 220 V，额定电流 IdN = 55 A，额定转速 nN = 1000 r/min ，电动机电势系数 Ce= V ·min/r 。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数 Ks = 44，滞后时间常数 Ts = s 。
电枢回路总电阻 R = Ω，电枢回路电磁时间常数 Tl = s ，电力拖动系统机电时间常数
Tm = s 。
对应额定转速时的给定电压Un*=。
三、实验步骤
1、根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的Simulink仿真框图，如图2 所示。
图2空载时开环直流调速系统的仿真框图
2、设置合适的仿真时间，利用out器件或示波器将相关数据输出到MATLAB的 Workspace 中，并在 MATLAB中利用 plot （X,Y）函数绘制出空载时直流电动机的电枢电流Id 和转速 n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。
3、根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的Simulink仿真框图，如图3所示。
图 3 带负载时开环直流调速系统的仿真框图
4、设置合适的仿真时间，在 1s 时分别加入负载电流为 IdL=10 、20、50A，利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB的 Workspace 中，并在 MATLAB中利用 plot （X,Y）函数绘制出在 1s 时加入负载电流分别为 IdL=10 、20、50A 时直流电动机的电枢电流 Id 和转速n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。
5、设置合适的仿真时间，在 1s 时分别加入负载电流为 IdL=20A，修改给定电压 Un*的值
（取 3 组不同的值），利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB的 Workspace 中，并在 MATLAB中利用 plot （X,Y）函数绘制出在 1s 时加入负载电流分别为 IdL=20A 时直流
电动机的电枢电流 Id 和转速 n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。
（证明开环时转速降落只与负载电流有关，而与给定电压无关。
）
四、数据分析
/s01
T
I /A0
d
n/r*min0999
在 0~1s 里，电流快速减小， 1s 后，电流趋于平稳；而在0~1s 里，电机转速快速
上升， 1s 后达到稳定。
/s01
T
I d1/A0
n1/r*min0
I d2/A0
n2/r*min0
I /A0
d3
n3/r*min0
由上表可知，在 0~1s 内，随着 id 的减小， n 逐渐增大；在 1s 时突加负载电流， id
逐渐增大， n 逐渐减小；且随着负载电流的增大， id 增大越明显， n 减小越明显。
T/s01
I d1/A0
n1/r*min02194
I d2/A0
n2/r*min01675
I d3/A0
n /r*min04486 3
对上表分析，随着给定电压的升高，电枢电流在0~1s 所达到的峰值也随着提高，在1s 时加入 20A 固定负载电流后，电枢电流上升的幅度基本相同；电机转速跟电枢电流变化基本相似。
在 Un*分别为 10V、15V、20V 时，转速降落分别为
n1==(r/min)
n2=可以看出n1≈Δ n2≈Δ n3，因此可证明转速降落于给定电压Un*无关。