运动控制仿真实验报告

运动控制仿真实验报告

实验11，晶闸管单相交流调压仿真实验

一，实验原理

1.1原理图

该实验是通过晶闸管的调压触发控制电路来控制晶闸管导通，以此来实现不同导通角时，输出电压不同。该实验的原理电路如图1所示。

图1

通过两个触发脉冲来触发VT1与VT2，触发电路的原理框图如图2所示。

图2

该触发电路两个触发脉冲相差180°，以此来实现正半周和负半周都进行调压，而且调压的脉冲角是相同。

1.2 仿真模型

1.3 脉冲发生器子模块参考模型

其中斜率限制器上升斜率＝1；下降斜率＝－inf；放大器增益＝1000；Relay 使能过0 检测。Fcn=10*u(1)/180 完成指令角度到比较电压的转换。指令通过常数按触发角设定。

二．实验内容

根据原理框图构建 Matlab 仿真模型。所需元件参考下表：

仿真元件库：Simulink Library Browser

示波器 Simulink/sink/Scope

交流电源 SimPowerSystems/Electrical Sources/AC Voltage Source

设定电压＝220*1.414V

晶闸管 SimPowerSystems/Power Electronics/ Thyristor

Fcn Simulink/User-Defined Functions/Fcn

设定为10*u(1)/180

Relay Simulink/Discontinuities/Relay

Rate Limiter Simulink/Discontinuities/ Rate Limiter

Subsystem Simulink/Commonly Used Block/Subsystem

电阻、电容、电感 SimPowerSystems/Elements/Series RLC Branch

设定参数

负载电阻2 欧姆、串联电感2mH。

电流傅立叶分解 SimPowerSystems/Extra Library/Discrete Measurements/Discrete Fourier

设定输出为50Hz，基波

显示 Simulink/sinks/Display

电压检测SimPowerSystems/Measurements/Voltage Measurement

电流检测SimPowerSystems/Measurements/Current Measurement

仿真设定：Configuration Parameters/Solver options

Type Variable-step Solver Ode23s

Relative tolerance 1e-5

其它不变

仿真时间0.1 秒。触发角60 度。

三．实验结果及分析

3.1 实验波形分析

1）输入交流电压与电流；

2）输出电压与电流；输出电压的有效值，并与教材中阐述的理论值进行比较验证。

输入与输出波形如下图所示

从上图可以知道，该电路的输出电路和电压波形是断续的，可以知道，是由于阻抗角小于触发角，使得在触发以前，电流就变为零了，晶闸管关闭，电压也因此变为了零。

从模型中可以得出此时的电压的有效值为197.2V.

可以计算得负载的阻抗角为φ=1/(tan(ωL/R))= 1/(tan(100π×2×10−3/2))=17.44°

在理论上有sin (π

3+θ−

17.44180

×π)=sin (π3

−17.44/180×π)e

−

θ

tan (17.44/180×π)

因此可以计算得θ=137.4°。

则可以计算输出电压的有效值为：

[])22sin(2sin 21

)()sin 2(1

1

21o θααπ

πθωωπ

θ

αα

+-+

==

⎰+U t d t U U =220×√2.398π

+

12π

×[sin (

2π3

−sin (

2π3

+2×2.398))] =198.04V

理论值比实际值稍微偏大，可以认定该模型比较准确，误差可能来源于晶闸管。

3） 输入电流的基波有效值、总谐波失真度和功率因数。

通过仿真模型可以得出，输入电流的有效值为90.2A 输入电流的基波有效值为87.52A 总谐波失真度（THD ）=

√90.22−87.522

87.52

=24.94%

功率因素为0.8236，畸变因子DPF=0.8488。

4） 此负载下电路的失控触发角为多少？通过实验加以验证。 负载的阻抗角为17.44°，因此，该电路的失控阻抗角为17.44° 将阻抗角设为17.44，观察输出波形，如下图所示：

可以得到当触发角为17.44°时，电路在失控的临界角。

3.2，将负载改为纯电阻负载，电阻阻值不变，重复上述实验。 改为纯阻性负载后，得到的波形如下图所示：

可知，当负载为纯阻性时，输出电流与电压同步。此时的电压有效值为196.6V 。此时的阻抗角为0°，电压的有效值理论为

π

α

παπωωπ

π

α

-+

==

⎰2sin 21)()sin 2(1

1

21o U t d t U U