晶闸管-直流电动机开环调速仿真

《计算机仿真及应用B》答卷
题目名称：晶闸管-直流电动机开环调速系统仿真
班级：电气本科一班
学号： 201240220102 姓名：付超勇
指导教师：陈学珍
命题说明：此门课程主要考核学生的实际动手能力，掌握用MATLAB建立系统仿真模型的方法，为了对每个学生进行考核，一人一题，雷同率不能超过50%，由学生自己确定题目。

要满足以下几点要求：1、详细描述所做题目的工作原理及所用电机参数；2、直流电机参数要有计算步骤；3、画出仿真原理图，子系统要一一展开；4、仿真结果分析；5、用A4纸打印，在规定时间内交上来。

成绩评定标准：1．原理描述清楚得20分。

2．仿真原理图正确得30分。

3．子系统展开得20分。

4、仿真结果正确及有分析得30分。

实验名称晶闸管-直流电动机开环调速
1.1仿真原理图
图1-1 直流开环调速系统电气原理
图1-2 直流电动机开环调速系统结构图
1.2仿真参数明细
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。

仿真具体步骤
1）所用元器件及其参数设置
A）三相交流电源A、B、C
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“Ua”、“ Ub”、“ Uc”，然后从连接器模块 Connectors 中选取“Ground （output）”元件，按下图进行连接。

(1)Ua
(2)Ub
(3)Uc
图1-4 三相电源参数设置
设置三相电压都为220V，两两之间相位差为120，分别为0、-120、-240。

a)6-Pulse Generator
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。

图1-5
c）Universal Bridge
三相整流桥起改变输出直流电压的作用。

图1-6 整流桥
d) DC Machine（直流电动机）
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。

修改参数电枢电阻和电感（Armature resistance and inductance）为[0.21
0.0021]，励磁电阻和电感（Field resistance and inductance）为[146.7 0]，励磁和电枢互感（Field-armature mutual inductance）为0.84，转动惯量（Total inertia）为0.572，粘滞摩擦系数（Viscous friction coefficient）为0.01，库仑
摩擦转矩（Coulomb friction torque）为1.9，初始角速度(initial speed)为0.1。

图1-7 直流电机e)直流电源
图1-8直流电源
f）放大器，设置放大系数。

图1-9放大器g）阶跃信号
图1-10阶跃信号
系统在阶跃函数输入作用下的工作条件是比较严峻的，同时比较具有代表性。

如果系统在阶跃函数作用下的性能够满足要求，则在其他形式作用下也能满足要求。

Step 提供在指定时间处在两个可定义的水平间的阶跃，当仿真时间小于Step time，则输出Initial value；当仿真时间大于或等于Step time输出Final value，且Step time
不能为0。

1.3仿真原理图
1.4仿真结果
当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真，在 MATLAB 模型窗口单击工具栏的按钮或打开“Simulation”菜单命令后，单击“start”，系统开始仿真，仿真结束后可输出仿真结果。

单击“示波器”观察仿真输出图形。

观察仿真时间 1s 时得到的电动机转速、电动机电枢电流及电磁转矩曲线。

由于直流电机的调速基于整流电路的输出电压，因此改变constant值即可对电机转速进行调节。

（1）当控制电压为30，仿真时间为1s时的仿真波形为：
A、电机转速n
B、电枢电流Ia
C、转矩Te
（2）当控制电压为50，仿真时间1s时的仿真波形为：A、电机转速n
B、电枢电流Ia
C、转矩Te
（3）当控制电压为40，仿真时间为1s时的仿真波形为：A、电机转速n
B、电枢电流Ia
C、转矩Te
1.5仿真分析及总结
由波形可以看出：
（1）在一定的范围内当触发角增大时对应的电机转速、电枢电流、电机转速的值会减小。

当触发角α在0°~60°时，三相全控整流电路的输出电压与触发角的
关系为：Ud=2.34U2cosα,直流输出电压随触发角的增大而减小。

实验结果为
触发角越大，对应的直流输出电压越小。

因此，实验结果与理论数据相符。

（2）当仿真时间在0~0.1s时，电机转速增大，而电机转矩也增大与公式T=9550P/n 不符。

这一现象出现的原因是：当电源电压不变时，电机的频率变化直接反应
的结果就是转速的同比变化，频率增，转速也增。

当频率在60Hz以下时，转
矩是和频率成正比的；当频率f达到60Hz时，电机达到最大输出功率，即额定
功率。

（3）当仿真时间在0.1~0.7s时，频率超过60Hz，则电机转矩与转速成反比，正好与公式T=9550P/n相符。

（4）当仿真时间在0.7s及以后时，电机转速趋于稳定值，而电机转矩变为零，这是由于电机没有接负载。

（但是如果电机接负载，使得转子磁场较定子磁场超前，
同步电机作为发电机运行；但如果转子磁场超前角度超过π电弧度时，反而形
成了定子磁场超前的位置，发电机转变为电动机运行方式。

）。