直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速課程設(shè)計(jì)

1、直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速課程設(shè)計(jì)重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文題目直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真專業(yè)電氣工程與自動(dòng)化姓名班級(jí)學(xué)號(hào)2011年6月2日2008 級(jí)電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真摘要：直流電動(dòng)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(duì)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。MATLA的真在科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用,如何利用MATLA時(shí)真出理想的結(jié)果，關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確的選擇MATLAB勺仿真。本文就簡(jiǎn)單的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLA的真這個(gè)例子，通過對(duì)MATLAB勺仿真，得到不同的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)

2、機(jī)調(diào)速；開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；MATLAB/SIMULIN助真；41. 引言12. 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)13. 直流電動(dòng)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(dòng)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129.162008 級(jí)電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文1. 引言電動(dòng)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(dòng)機(jī)具有很好的啟動(dòng)，制動(dòng)性能，所以在一些可控電力拖動(dòng)場(chǎng)所大部分都采用直流電動(dòng)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)速范圍廣;過

3、載能力大,能承受頻繁的沖擊負(fù)載,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn);需要能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，從而對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速提出了較高的要求。而在直流電動(dòng)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(dòng)控制。直流電動(dòng)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(hào)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(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)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(dòng)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)速系統(tǒng)發(fā)生

4、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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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MOSFETIGBT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(dòng)機(jī)控制方法能夠得到實(shí)現(xiàn)。3. 直流電動(dòng)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(duì)靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)一

5、定范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是，在實(shí)際中許多需要無級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)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(duì)直流電氣傳動(dòng)在起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)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(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究將會(huì)更深一步。5. 本課題研究目的及意義直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來，直流電動(dòng)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(jiǎn)單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)的速

6、度控制，有著非常重要的意義- 2 -2008級(jí)電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文r s<£通Iblblpwg-eB"tupFtfrlag- BJ-dqelThPh曷52甯H-phbJ呂向三1J K-I裁k七nlfe哂陋ab 力G3svnchsnM-gd®puk 津 Gdus-rmnmnf0-0 &t_口口爻Grap三圖（1）直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真圖-21 -6. 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理直流電動(dòng)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(hào)UC調(diào)節(jié)品閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。該系統(tǒng)電氣

7、原理模型如（2）所示VT!2i同步變壓器6路觸發(fā)脈沖VT3圖（2）直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理在仿真中為了簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)勵(lì)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(hào)Uc（圖2中Uc）,輸出是控制角，移相控制信號(hào)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90amina90UcUcmax在本模型中取amin30,Ucm10V,所以a906Uc0在電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入端TL

8、接入了斜坡(Ramp和飽和(Satutration)兩個(gè)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(shí)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(dòng)機(jī)額定參數(shù)為U nom220M nom136A ,nnom 1460r/min , 4 級(jí)，Ra=0.21, GD2 22.5N - m2勵(lì)磁電壓U f220V,勵(lì)磁電流f 1.5A。采用三相橋式整流電路，整流器內(nèi)阻Rrec 0.5 。平波電抗器Lp20mH。仿真該晶閘管-整流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，觀察電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)和起動(dòng)后加額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)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

9、參數(shù)1)供電電源電壓為U22.34cos min 2.34cos30UnomRrecInom2200.5136V142V2)電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下：勵(lì)磁電阻為Rf Uf/If 220/1.5 146.7勵(lì)磁電感在恒定磁場(chǎng)控制時(shí)可取00電樞電阻Ra0.21,電樞電感由下式估算，即19.1CUnom19.10.4220Lanomh0.00021H2pnnomInom221460136電樞組和勵(lì)磁Laf組互感為Ce 因?yàn)閁 nomRa I nomn nom220 0.21 136、，., V min/ r14600.132V min/ r6060KCe0.1321.2622所以LafK /If 1.26/1

10、.5 0.84H電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JGD2/4g22.5/49.8kgm20.57kgm23）額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Tl9.55CeInom9.550.132136Nm171.4Nmenoi7.仿真原件及參數(shù)設(shè)置根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)擊剪圖標(biāo)，打開Matlab軟件，在工具欄里根據(jù)提示點(diǎn)擊W式p,再點(diǎn)擊matlabhelp,打開一個(gè)對(duì)話框，點(diǎn)擊里的newTmodel,創(chuàng)建一個(gè)文件頭為untitled的新文件。b、點(diǎn)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，可以在臉里輸入元器件的名稱，鍵入ENTEFW可查找

11、i=jsi-inKii&r&HwunwwHHWWWWWnITII+I甬：x-.r:A團(tuán)口£qzlLit1fliui<ihh|riiSfcjL。olcU*T，b3.esMath»pos.ti,Q4w1Moal1Viiira-fil?si-!iotu耳IMod*lWidieUti1iti*2-|ForX=0S"u.l>:=3e-t4m=5-|Si.gru-alA.tti3a.tn-iiTaw£i.看JiriRdu也EDS1Zkk.2S£vurwh.tlUwr-L=tin=d.Funs1tBiAcir«s>

12、4heBleels匚on.<.i-oXSy=t.叁mDL*1R國kgft.U.Enri-HD1ei-c-IkT001bolcBlOOIkEaivtHeI"dlaed,T-ajrceE。匚朝中比口1巾J.3Auiit-il-Fcjijllni«>tEuar.冥LeEifToolbiSMHtjj-JitwnrlkHlisukf11!<l|Kcadv匚一F一_：_5_I1_IztJEl-rEl+lE1.1Cox't±rnsiir口工，叱口ntpuiaw口i壬。¥。3專匚口口k-UpTawMQThMnd.1.VwrlF1,匚n.al,i

13、,oriMod*l-TiVtiliti-&=產(chǎn)口371備加SiaTny*5i.mSiAttqrit«ua£SicnaXRouf琉u3inK,SQUIT彳喘3口，聲-Tlfin尸XFunc11on3(2)所用元器件及其參數(shù)設(shè)置a.Synchronized6-PulseGenerator參數(shù)SFunctionBlockParameters:Synchronized6-Puls.SjiKiirDnizedG-pulseten日r*tgrGna-slO(link)Ike+KisblockWfirethe£thyristorsofa.CruiseootieMh.Th

14、.eoutputisbvectorqf5pul3斗皿一1iniividllywiiciu«ii工虱onthg6cofnmu'titionvotiTulngrrktadalphAd&Et0自£iftertheiiutieasiDtiero-tifo55inE5aftheconwimtitionvoltaEEs.F與rmeteieFreQuertcyofsrnchronisatioftuoIUes(Hi):Fulrwidth(deEreei):To|1口口bl華pulreOKCancelHelpApplzb.三相交流電源c.Constent（信號(hào)發(fā)生器）RBlo

15、ckPaiaeterg：beVolttEiMeaExmuit(mas)0(link)Idealvoltaceneasument.FameteisOutputEienal：EMezOKgCancelHeb助現(xiàn)了d.UniversalBridgele.直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置f.FcnBFunctionBlockParaaeters:FenXg.直流電源直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)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.DiscreteMeanvaluek.Gain參數(shù)設(shè)置3FimctitmBlockParainteis:Gain伙CainEkneat-wise時(shí)in(7=L*u)ormatri笈

16、eEr(7二X*u017=I)，fellI5ip*l也也typyIPifMi豈t”dAta.typM|tain:MulUplic&tion：Element-wisel.K.*J的叫)L電tin用(1foririheiite1):-1CancelijplrL.graph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(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速nC.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線d.勵(lì)磁電流If畫畫區(qū)e,電樞電流Iaf,電動(dòng)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(dòng)。圖b直流電動(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線圖。d.勵(lì)磁電流If。圖e.電樞電流Ia起動(dòng)電流很大，在0.25s左右起動(dòng)電流下降為零（空載起動(dòng)），起動(dòng)