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U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，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

三、实验内容

（1） 测定晶闸管直流调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GD 2。 （4） 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d 。 （5） 测定直流电动机电势常数C e 和转矩常数C M 。 （6） 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M 。 （7） 测定晶闸管触发及整流装置特性()ct d U f U =。 （8） 测定测速发电机特性()n f U TG =。

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。

①三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 相”，然后从元件模块

l a (A )

+-r

图2 晶闸管开环直流调速系统的仿真模型

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。

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“Universal Bridge”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设置，对话框中的R s、C s、R ON、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

图4 SCR整流桥参数设置

③平波电抗器的建模与参数设置。首先从元件模块组中选“Series RLC Branch”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 平波电抗器参数设置

④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“DC Machine”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I a、励磁电流I f、电磁转矩T e，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。

图6 直流电动机参数设置

⑤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

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。

Subsystem

(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。