晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗

1、僅供個人參考功率電子學(xué)課程設(shè)計設(shè)計報告設(shè)計時間：班 級：10應(yīng)用電子及技術(shù)（1）班姓 名：報告頁數(shù)：上5不得用于商業(yè)用途廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計報告設(shè)計題目晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗學(xué)院 信息工程 專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)班(1)學(xué)號 姓名成績評定教師簽名品閘管宜流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定實驗1、實驗?zāi)康?1)熟悉品閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。(2)掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測定方法。2、實驗原理品閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、 晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電 動機一發(fā)電機住等組成。在本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電 壓Ug作為觸發(fā)

2、器的移相控制電壓 Uct,改變Ug的大小即可改變控制角 從而 獲得可調(diào)的直流電壓，以滿足實驗要求。實驗系統(tǒng)的組成原理如圖1所示。三相電源輸出圖1 晶閘管直流調(diào)速實驗系統(tǒng)原理圖給定3、實驗內(nèi)容(1)測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路總電阻值 Ro(2)測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)住電感值 L。(3測定直流電機一直流發(fā)電機一測速發(fā)電機組的飛輪慣量 GD2(4)測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電磁時間常數(shù) Td。(5)測定直流電動機電勢常數(shù) Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm。(6)測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機電時間常數(shù) Tmo 測定晶閘管出發(fā)及整流裝置特性 Ud=?(Uct)。(8)測定測速發(fā)電機特性Utg=? (n)。4、實驗仿真

3、品閘管直流調(diào)速實驗系統(tǒng)的原理圖如圖 1所示。該系統(tǒng)由給定信號、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。圖2是采用面 向電氣原理圖方法構(gòu)成的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。下面介紹各部分建模與常數(shù)設(shè)置過程。圖2 晶閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型4.1 系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。(1)主電路的建模和參數(shù)設(shè)置由圖2可見，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對稱交流電壓源、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。由于同步脈沖觸發(fā)器與晶閘管整流 橋不可分割的兩個環(huán)節(jié)，通常作為一個組合體來討論，所以將觸發(fā)器歸到主電路 進行建模。三相對

4、稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電源模塊中選取一個交流 電壓源模塊，再用復(fù)制的方法得到三相電源的另兩個電壓源模塊，并用模塊標(biāo)題名稱修改方法將模塊標(biāo)簽分別改為“ A相”、“B相”、“C相”，然后從連接器模 塊中選取“ Ground”元件和“ Bus Bar”元件，按圖1主電路圖進行連接。為了得到三相對稱交流電壓源，其參數(shù)設(shè)置方法及參數(shù)設(shè)置如下。雙擊A相交流電壓源圖標(biāo)，打開電壓源參數(shù)設(shè)置對話框，在A相交流電壓源 參數(shù)設(shè)置中，幅值取220V,初相位設(shè)置成0° ,頻率為50Hz,其他為默認(rèn)值， 如圖3所示。B、C相交流電源參數(shù)設(shè)置方法與 A相位基本相同，除了將初相位 設(shè)置成立差120。外

5、，其他參數(shù)與A相相同。晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電力電子模塊組中選取 “Universal Bridge”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“晶閘管整流橋”，然后雙擊模塊 圖標(biāo)，打開SCRI流橋參數(shù)設(shè)置對話框，參數(shù)設(shè)置如圖4所示。當(dāng)采用三相整流 橋時，橋臂數(shù)取3, A、B、C三相交流電源接到整流橋的輸入端，電力電子元件 選擇品閘管。參數(shù)設(shè)置的原則如下，如果是針對某個集體的變流裝置進行設(shè)置， 對話框中的Rs、Cs、Ron、Lon、Vf應(yīng)取該裝置中晶閘管元件的實際值，如果是 一般情況，不針對某個集體的變流裝置，這些參數(shù)可先取默認(rèn)值進行仿真。 若仿 真結(jié)果理想，就可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù)，若仿真結(jié)果不理想

6、，則通過仿真實驗， 不斷進行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。這一參數(shù)設(shè)置原則對其他環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置 也是適用的。圖3 A相電源參數(shù)設(shè)置 Block Parameters: Universal BridgeUniversal Bridge (mask) (link)This block implejnent a bridge of selected power elect tonics devices. Series RC snubber circuit s are connected in parallel with each switch device. Press Help for suggest

7、 ed snubber values when the nodel is discretized. For most applicatians the internal inductance Lon of diodes and thyristors should be set to zeroParajnet ersNumber of bridge ams ： 3Snubber resistance Rs (Ohns)50000Snubber capacit ance Cs CF) inf|Power Electronic device ThyristorsRon (Ohms)le-3Lon (

8、H)0OK Cancel Help Apply圖4 SCR整流橋參數(shù)設(shè)置平波電抗器的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從模塊中選取“ Series RLC Branch” 模塊，并將標(biāo)簽改為“平波電抗器”，然后打開平波電抗器參數(shù)設(shè)置對話框，參 數(shù)設(shè)置如圖5所示，平波電抗器的電感值是通過仿真實驗比較后得到的優(yōu)化參 數(shù)。 Block Parameters: Series RLC Branch叢Series RLC Branch (mask) (link)Implejnents a series branch of RLC elements.Use the ' Branch type' param

9、et er to add or remove elements from the branch.ParametersBranch type: RLCResistance (Ohns):0Induct ance (H)：5e-D3Set the initial induct or currentCapacitance :inf：| Set the initial capacitor volt ageMeasureiient s None,Cancel Help Apply|圖5平波電抗器參數(shù)設(shè)置直流電動機的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電動機系統(tǒng)模塊組中選取“ DC Machine”模塊，并將模塊標(biāo)簽改

10、為“直流電動機”。直流電動機的勵磁繞組“ F+ -F-”接直流恒定勵磁電源，勵磁電源可從電源模塊組中選取直流電壓源模塊， 并將電壓參數(shù)設(shè)置為220V,電樞繞組“A+ - A-”經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流 橋的輸出，電動機經(jīng)TL端口接包轉(zhuǎn)矩負(fù)載，直流電動機的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia、勵磁電流If、電磁轉(zhuǎn)矩Teo通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形。電動機的參數(shù)設(shè)計步驟如下，雙擊直流電動機圖標(biāo)，打開直流電動機的參數(shù) 設(shè)置對話框，直流電動機的參數(shù)設(shè)置如圖6所示。參數(shù)設(shè)置的原則與晶閘管整流 橋相同。0 Block Parameters； DC MachineDC machine 加awk) (lin

11、k)Implements a (wound-field or permanent magnet) DC machine. For the wound-field DC jr3chimeaccess is provided t the field connections so that the machine can be used as a separately excited, shunt-connected or 簿 series-connected DC machine.Configuration Paraneters|Armature resistance and inductance

12、 Ra (ohms) La (H) 0.6 04 012Field resistatice and inductance Rf (ohms) Lf (H)240 120Field-armature mutual inductance Laf (H)：L3Tot al inertia J (kg.m"2)1Viscous frict ion coefficient Bin (N. m. s)0Couloiiib frict ion torque Tf (N. m)0|Initial speed (rad/s):OK Cancel Help Apply圖6 直流電動機參數(shù)設(shè)置同步脈沖觸發(fā)

13、器的建模和參數(shù)設(shè)置。同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩部分。6脈沖觸發(fā)器可從附加控制(Extras Control Blocks)子模塊 組獲得。6脈沖觸發(fā)器需要用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交 流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。同步電源與6脈沖觸發(fā)器及封裝后的子系統(tǒng)符號 如圖7 (a)、(b)所示。(a)同步電源6脈沖觸發(fā)器Subsystem(b)封裝后的子系統(tǒng)符號圖7 同步電源與6脈沖觸發(fā)器和封裝后的子系統(tǒng)符號至此，根據(jù)圖1主電路的連接關(guān)系，可建立起主電路的仿真模型，如圖 2 所示。圖中觸發(fā)器開關(guān)信號為“ 0”時，開放觸發(fā)器，開關(guān)型號為“ 1”時，封鎖 觸發(fā)器。(2)控制電

14、路的建模和參數(shù)設(shè)置品閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路只有一個給定環(huán)節(jié)，它可以重輸入源模塊組子中選取“Constant'模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“給定信號”，然后雙擊該模塊圖標(biāo)，打開參數(shù)設(shè)置對話框，將參數(shù)設(shè)置為50rad/s。實際調(diào)速時，給定信號是在一定范圍內(nèi)變化的，可以通過仿真實踐，確定給定信號允許的變化范圍。將主電路和控制電路的仿真模型按照晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖的連接關(guān)系進行模型連接，即可得到圖 2所示的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。4.2 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置在 MATLAB勺模型窗口 中打開 “Simulation”菜單，進行 “Simulation Parameters 設(shè)置。單擊“

15、Simulation Parameters菜單后，得到仿真參數(shù)設(shè)置對話框，參數(shù)設(shè) 置如圖8所示，仿真中所選擇的算法為ode23s由于實際系統(tǒng)的多樣性，不同的 系統(tǒng)需要采用不同的的仿真算法，到底采用哪一種算法，可通過仿真實踐進行比 較選擇。仿真"Start time” 一般設(shè)為0, “Stop time”根據(jù)實際需要而定，這里設(shè)為10。圖8仿真參數(shù)設(shè)置對話框及參數(shù)設(shè)置4.3 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進行仿真，在 MATLAB的模型窗口打開 “Simulation”菜單，單擊“Star”命令后，系統(tǒng)開始仿真，仿真結(jié)束后可輸出仿真結(jié)果。單擊“示波

16、器”命令后，通過“示波器”模塊進行觀察仿真輸出圖形， 如圖12所示，其中圖9 （a）、（b）、（c）、（d）分別表示直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩角 頻率曲線，直流電動機電樞電流Ia曲線，Te曲線和角頻率 與電樞電流Ia的曲線（a）直流電動機角頻率曲線(b)直流電動機電樞電流Ia曲線(C)直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩Te曲線(d)直流電動機角頻率 與電樞電流Ia的關(guān)系曲線圖9 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的輸出波形根據(jù)圖2的仿真模型，系統(tǒng)有兩種輸出方式：當(dāng)采用“示波器”模塊觀察仿 真輸出結(jié)果是，只要在系統(tǒng)模型圖上雙擊“示波器”圖標(biāo)即可；當(dāng)采用“ out 1” 模塊觀察仿真輸出結(jié)果時，可在MATLAB的命令窗口輸入繪圖命令 “

17、plot(tout,yout)”，即可得到未經(jīng)編輯的輸出圖形，然后對其輸出圖形進行編輯。最終可得編輯后的輸出圖形，如圖10所示。圖10顯示的分別是晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線。可以看出，這個結(jié)果和實際電動機運行的結(jié)果相似，系統(tǒng)的建模與仿真是成功的。在品閘管直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真結(jié)束之際，對建模與常數(shù)設(shè)置的一些原則和方法歸納如 下。系統(tǒng)建模時，將其分成主電路和控制電路兩部分分別進行。在進行常數(shù)設(shè)置時，晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等裝置(固有環(huán)節(jié)）的參數(shù)設(shè)置原則如下，如果針對某個具體的裝置進行參數(shù)設(shè)置， 則對話 框中的有關(guān)參數(shù)應(yīng)取該裝置的實際值；如果是不針對某個具體裝置的一般情況

18、， 課先取這些參數(shù)默認(rèn)值進行仿真。 若仿真結(jié)果理想，可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù)；若 仿真結(jié)果不理想，則通過仿真實驗，不斷進行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。圖10 編輯后的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線給定信號的變化范圍、調(diào)節(jié)器的參數(shù)和反饋檢測環(huán)節(jié)的反饋系統(tǒng)（閉環(huán)系 統(tǒng)中使用）等可調(diào)參數(shù)的設(shè)置，具一般方法是通過仿真實驗，不斷進行參數(shù)優(yōu)化。 具體方法是分別設(shè)置這些參數(shù)的一個較大和較小值進行仿真， 弄清它們對系統(tǒng)性 能洋相的趨勢，據(jù)此逐步將參數(shù)進行優(yōu)化。仿真實踐根據(jù)實際需要而定，以能夠仿真出完整的波形為前提。由于實際系統(tǒng)的多樣性，沒有一種仿真算法是萬能的。不同的系統(tǒng)需要采 用不同的仿真算法，到底采用哪

19、一種更好，這需要通過仿真實踐，從仿真能否進 行、仿真的速度、仿真的精度等方面進行比較選擇。5、實驗結(jié)果(1)實驗結(jié)果分析按實驗指導(dǎo)書試驗步驟得到實驗結(jié)果如上各圖所示。通過仿真示波器可得，若各參數(shù)設(shè)置如上所述，且給定信號為73時，得到，Ia、Te的曲線分別如圖9 (a)、圖 9 (b)、圖 9 (c)所示。由圖中的曲線可以求出：直流電動機角頻率 一直上升，直到到大穩(wěn)定狀態(tài)，超調(diào)為0,穩(wěn)定后的 值約為212。直流電動機電流Ia的最大超調(diào)是(p,(r=C(tp)-C(叫二498-30=468,最后基 本達到穩(wěn)定值為30;直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩Te的最大超調(diào)(p,6二C(tp)-C(S=825-50=775，最后 基本達到穩(wěn)定值為50。(2)實驗的有關(guān)參數(shù)電路總電阻值 R=Ra+Rl+Rn=0.6+0+0.001=0.601 Q電樞回路電感L的測定L=La+Ld =0.012+0.005=0.017 H直流電機-直流發(fā)電機-測速發(fā)電機組的飛輪慣量 GD2=375Tz/dn/dt=1(3)