实验三 开环直流调速系统Matlab仿真

实训三 晶闸管开环直流调速系统的 MATLAB 仿真实训

一、实验实训目的

1．学习并掌握晶闸管开环直流调速系统模型建立及模型参数设置的方法和步骤。

2．熟悉并掌握系统仿真参数设置的方法和步骤。

3．学会利用 MA TLAB 软件对系统进行稳态与动态计算与仿真。

4．巩固并加深对晶闸管开环直流调速系统理论知识的理解。

二、实验实训原理及知识准备

1． 晶闸管开环直流调速系统的原理图如图3­3­1 所示。

图 3­1 晶闸管开环直流调速系统原理图

2．晶闸管开环直流调速系统的直流电动机电枢电流、电磁转矩与转速之间的关系。

3．复习实验实训指导书中 MA TLAB 基本操作和 MA TLAB/Simulink/Power System工具 箱内容。

4．预习实验实训指导书中实验实训二，并写好预习报告。

5．画出晶闸管开环直流调速系统的动态结构图。

三、实验实训内容及步骤

直流调速系统的仿真有两种方法，一是根据系统的动态结构图进行仿真，二是用 Power System的相关模块仿真，下面分别对两种方法进行介绍。

方法一：使用 Simulink 中的 Power System模块对直流调速系统进行仿真

1．建立系统的仿真模型和模型参数的设置

（1）建立一个仿真模型的新文件。在 MA TLAB 的菜单栏上点击工具栏上的 simulink工 具 ，选择 File→New→Model，新建一个 simulink文件，绘制电路的仿真模型如图 3­3­1。

3­3­1

（2）按图 3­3­1 要求提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模 型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口，设置各模块参数。晶闸管开环直流 调速系统由主电路（交流电源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、触发电路）和控 制电路（给定环节）组成，具体设置如下：

1）三相交流电源的模型建立和参数设置

①三相交流电源的模型建立

首先从Simpowersystes 中的Electrical sources 电源模块组

中选取一个交流电压源模块 AC Voltage Source，再用复制的

方法得到三相电源的另两个电压源模块，用 Format(格式设

定)菜单中 Rotate block(Ctrl +R)将模块水平放置，并点击模

块标题名称，将模块标签分别改为“Uu ” 、 “Uv ” 、 “Uw ” ，然

后从连接器模块 Connectors 中选取“Ground （output ）”

元件 ，

按图 3­3­2 进行连接。

②三相交流电源的参数设置

双击 U 相交流电源图标，打开电压源参数设置对话框，幅值取 220V ，初相位设置成 0 图 3­3­2 三相交流电源模型

°，频率为50Hz。如图 3­3­3所示。V 、W 相交流电源参数设置方法于 U 相基本相同，只是 初相位设置成互差 120°。由此可得到三相交流电源。

图3­3­3 U 相电源参数设置对话框

图3­3­4 晶闸管整流桥参数设置

2）晶闸管整流桥的模型建立和参数设置

①晶闸管整流桥的模型建立 首先从 Simpowersystes 中选取电力电子模块 power Electronics 中选取“Universal Bridge”模块，并将模块标签改为“晶闸管整流桥”。如图 3－3-5 所示。

②晶闸管整流桥的参数设置

双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数

设置如图 3­3­4所示。桥臂数取 3，三相交流电源接到整

流桥的输入端，电力电子器件选择晶闸管。参数设置的

原则如下，如果是针对某个具体的晶闸管装置进行参数

设置，对话框中的 Rs 、Cs 、Ron 、Lon 、Vf 应取该装置

中晶闸管元件的实际值，如果是一般情况，不针对某个

具体的装置，这些参数可先取默认值进行仿真。

3）平波电抗器的模型建立和参数设置 图 3­3­5

晶闸管整流桥模

①平波电抗器的模型建立

从元件模块组 Elements 中选取 RLC 串联支路 Series RLC

Branch 模块，并将模块标签改为“平波电抗器”,如图 3-3-6 所

示。

②平波电抗器的参数设置

打开平波电抗器参数设置对话框，参数设置如图3­3­7

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 3­3­7 平波电抗器参数设置

4）直流电动机的模型建立和参数设置

①直流电动机的模型建立

从直流电动机模块组 Machines 中选取直流电动机 DC

Machine 模块，并将标签改为“直流电动机”，如图 3-3-8 所示。

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，点数绕组“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、点数电流、励磁电流、电磁转矩，通过“示波器”模块观察仿真输出图形。

②直流电动机的参数设置

双击直流电动机图标，打开直流电动机的参数设置对话框，如图 3­3­9

所示。设置原则 于晶闸管整流桥相同。 图

3­3­6 平波电抗器模型

图 3­3­8 直流电动机模型

图 3­3­9 直流电动机参数设置

5）同步脉冲触发器的模型建立和参数设置

①同步脉冲触发器的模型建立

同步脉冲触发器包括同步电源和 6 脉冲触发器两部分。6 脉冲触发器从 Simpowersystes 中选取 Extra Libray中的 Contral Blocks 中取获得。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3­3­10（a）、(b)所示。