直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速

1、 2008級電氣工程與自動化專業(yè)課程設(shè)計論文重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院 專業(yè)課程設(shè)計論文題 目 直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真專 業(yè) 電氣工程與自動化 姓 名 班 級 學(xué) 號 2011年 6 月 2 日- 15 -直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 摘 要：直流電動機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔?。研究直流電機(jī)的控制和調(diào)速方法，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。matlab仿真在科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用，如何利用matlab仿真出理想的結(jié)果，關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確的選擇matlab的仿真。本文就簡單的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的matlab仿真這個例子，通過對matlab的仿真，得到不同

2、的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：直流電動機(jī)調(diào)速；開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；matlab /simulink仿真；目  錄1.引言-12.直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)-13.直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題-14.總結(jié)-25.本課題研究目的及意義-26.直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理-47.仿真元件及參數(shù)設(shè)置-68仿真結(jié)果-129.仿真分析-161引言電動機(jī)作為一種有利工具，在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。而直流電動機(jī)具有很好的啟動，制動性能，所以在一些可控電力拖動場所大部分都采用直流電動機(jī)。隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。直流具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便,調(diào)速范

3、圍廣;過載能力大,能承受頻繁的沖擊負(fù)載,可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn);需要能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機(jī)的調(diào)速提出了較高的要求。而在直流電動機(jī)中，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用也比較廣泛，其廣泛應(yīng)用于軋鋼機(jī)，金屬切割機(jī)床等很多領(lǐng)域的制動控制。直流電動機(jī)電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波電抗器l供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號uc調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實現(xiàn)直流電動機(jī)的調(diào)速。2.直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動控制技術(shù)和微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使直流調(diào)速系

4、統(tǒng)發(fā)生翻天覆地的變化。其中電機(jī)的控制部分已經(jīng)由模擬控制逐漸讓位于以單片機(jī)為主的微處理器控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)，并正向全數(shù)字控制方向快速發(fā)展。電動機(jī)的驅(qū)動部分所用的功率器件亦經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代。目前開關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件mosfet和igbt成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動機(jī)控制方法能夠得到實現(xiàn)。3.直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中存在的問題在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無反向反饋，即控制是單方向進(jìn)行的，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。如果生產(chǎn)機(jī)械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能

5、實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。但是，在實際中許多需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對靜差率提出較嚴(yán)格的要求，不能允許很大的靜差率。4.總結(jié) 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對直流電氣傳動在起制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應(yīng)等方面都提出了更高的要求，這就要求大量使用直流調(diào)速系統(tǒng)。因此人們對直流調(diào)速系統(tǒng)的研究將會更深一步。5.本課題研究目的及意義直流電動機(jī)是最早出現(xiàn)的電動機(jī)，也是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機(jī)。長期以來，直流電動機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)

6、的速度控制，有著非常重要的意義圖（1）直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真圖6直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理直流電動機(jī)電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波電抗器l供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號uc調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實現(xiàn)直流電動機(jī)的調(diào)速。該系統(tǒng)電氣原理模型如（2）所示。圖（2） 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理在仿真中為了簡化模型，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交流電源，直流電動機(jī)勵磁由直流電源直接供電。觸發(fā)器（6-pulsegenerator)的同步電壓連接。觸發(fā)器的控制角（alphadeg端）通過了移相控制環(huán)節(jié)（shifter），移相控制模塊的輸入是移相控制信號uc

7、（圖2中uc），輸出是控制角，移相控制信號uc由常數(shù)模塊設(shè)定。移相特性如圖3所示。移相特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為在本模型中取，所以。在電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入端tl接入了斜坡（ramp）和飽和(satutration)兩個串聯(lián)模塊，斜坡模塊用于設(shè)置負(fù)載轉(zhuǎn)矩上升速度和加載的時刻，飽和模塊用于限制負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值。例如：已知直流電動機(jī)額定參數(shù)為nom220v,nom136a，nnom1460r/min，4級，ra=0.21，gd222.5n·。勵磁電壓f220v，勵磁電流f1.5a。采用三相橋式整流電路，整流器內(nèi)阻rrec0.5。平波電抗器lp20mh。仿真該晶閘管-整流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，觀察電動

8、機(jī)在全壓起動和起動后加額定負(fù)載時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電流變化。仿真步驟如下：（1）繪制系統(tǒng)的仿真模型如圖（1）所示。（2）設(shè)置模塊參數(shù)1） 供電電源電壓為2）電動機(jī)參數(shù)如下：勵磁電阻為 勵磁電感在恒定磁場控制時可取0。電樞電阻，電樞電感由下式估算，即 電樞組和勵磁組互感為因為 所以 電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量為 3）額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 7.仿真原件及參數(shù)設(shè)置根據(jù)實驗原理圖在matlab軟件環(huán)境下查找器件、連線，接成圖（1）所示的線路圖。(1)具體步驟a、點擊圖標(biāo)，打開matlab軟件，在工具欄里根據(jù)提示點擊，再點擊matlab help，打開一個對話框，點擊里的newmodel，創(chuàng)建一個文件頭為的新文件。b、

9、點擊工具欄的，打開元器件庫查找新的元器件。如果不知在哪里找到元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入enter即可查找。 (2)所用元器件及其參數(shù)設(shè)置a.synchronized6-pulse generator參數(shù)b.三相交流電源c.constent（信號發(fā)生器）d.universal bridge1e.直流電動機(jī)參數(shù)設(shè)置f.fcng.直流電源直流電動機(jī)的勵磁電源，幅值為220vh.電感參數(shù)設(shè)置i.示波器參數(shù)設(shè)置j.discrete mean valuek.gain參數(shù)設(shè)置lgraph參數(shù)設(shè)置8.仿真結(jié)果a.整流器輸出電壓b直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速nc電動機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線d勵磁電流ife電樞電流i

10、af電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩·轉(zhuǎn)速特性曲線9.仿真分析仿真的結(jié)果如圖所示。其中圖a 所示為整流器輸出端的電壓波形，根據(jù)圖形可知電壓在150-300v之間波動。圖b直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速n，從圖中可知在0-0.25s時轉(zhuǎn)速達(dá)到最大值再慢慢減小，到1s后趨于穩(wěn)定。圖c 所示為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線圖。d勵磁電流if。 圖e電樞電流ia起動電流很大，在0.25s 左右起動電流下降為零(空載起動) ，起動過程結(jié)束，這時電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到最高值。在起動0.5s 后加額定負(fù)載，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，電流增加。圖f電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩·轉(zhuǎn)速特性曲線。通過仿真反映了開環(huán)晶閘管，直流電動機(jī)系統(tǒng)的空載起動和加載工作情況。參考文獻(xiàn)：1 陳伯時. 電力拖動