电力拖动_实验讲义

1、实验一 直流电机开环调速系统仿真一、实验目的1、掌握直流电机开环系统各部分组成及基本原理2、掌握基于物理模型的直流电机开环系统仿真方法3、分析直流电机开环调速系统存在的问题，具备一定实验数据分析能力。二、实验内容1、直流电机调压调速分析假设直流电机负载恒定，通过改变晶闸管触发角来实现直流电机调压调速。步骤1：搭建系统仿真图，见下图。具体参数为：（1）电机模型参数励磁电压220V。（2）交流电源模型参数在MATLAB/Simulink中，三相交流电源模型位于SimPowerSystemElectricalThree-Phase Source。其参数设置如下。（3）三相晶闸管整流器模型参数模型位于

2、SimPowerSystemPower ElectronicsUniversal Bridge。其参数采用默认值。（4）6脉冲触发电路模型参数双击模型，将频率参数改为50Hz，当采用宽脉冲控制方式时，脉冲宽度应大于60度。（5）直流回路中平波电抗器的电感取L=0.005H（7）Powergui模型在用Simulink中的SimPowerSystem系统仿真时，界面必须要求Powergui模块。（8）仿真时间为2s。（9）电机负载为50Nm。将6脉冲触发装置的触发角在t=1s时由30度变为50度。步骤2：系统仿真结果分析仿真得到的转速、电枢电流、电磁转矩波形见下图。转速波形电枢电流波形电磁转矩波

3、形实验结果分析：（1）t=1s时，随着触晶闸管发角的增大，电机转速下降。验证了直流电机调压调速原理。（2）电枢电流与电磁转矩波形的形状相同，这与理论一致，因为。（3）在触发角由30度变为50度时，稳态后，电磁转矩和电枢电流不变。这是因为电机稳态时，电机的电磁转矩与负载转矩相等，由于负载转矩始终不变，所以稳态后电磁转矩也不变，只是在动态过程中有所波动。2、负载对电机转速影响分析仿真电路图见下图。主要模型参数不变，将晶闸管触发角改为30度不变，即直流电机端点压恒定，负载在1s时由50变为100Nm。仿真结果如下：转速波形电枢电流矩波形电磁转矩波形实验结果分析：（1）在t=1s时，随着负载增大，电机

4、转速下降。（2）电枢电流与电磁转矩波形的形状相同，这与理论一致，因为。（2）随着负载增大，电磁转矩和电枢电流也同时增大。这是因为随着负载增加，要使电机达到稳态，相应的电磁转矩也必须增加，才能使转子合转矩为零，电机才能保持稳态。三、开环调速系统存在的问题随着电机带动的负载越大，电机的稳态转速下降，因此这种调速系统只能用于对电机调速要求不高的场所。实验2 转速反馈无静差直流调速系统仿真一、实验目的1、掌握PI控制的单闭环直流电机调速系统的基本原理2、掌握运用MATLABSimulink仿真软件建立PI控制的单闭环直流电机调速系统的仿真数学模型，并具有一定的数据分析能力。二、实验原理与步骤1、PI控

5、制的单闭环直流电机调速系统数学模型与原始数据数学模型被控对象原始数据（1）直流电机数据：，（2）晶闸管整流装置：，（3）电枢回路总电阻；电枢回路电磁时间常数；机电时间常数；转速反馈系数；对应额定转速时给定电压。2、转速给定信号不同时的电机转速仿真（1）给定信号：给定信号为阶跃信号，初始值为10，0.5s后变为5。（2）PI调节器：比例系数；积分系数，积分器有限幅作用，上限为10，下限为-10，具体设置见下图。（3）电机空载运行。（4）仿真时间设为1s。仿真电路图如下。（5）仿真得到的转速和电枢电流波形如下：转速波形电枢电流波形（6）仿真结果分析：由转速波形可以得出：当给定电压为最大值10V时，

6、电机转速在启动时有一定超调量，稳态时达到额定转速1000r/min。0.5s后，给定电压降为5V，转速也降低一半，为500r/min。由电流波形可以得出：起动电流较大。但不管给定电压为最大值10V还是降为5V，电机运行到达稳态后，电枢电流与负载电流相等，因为此时没加负载，故稳态时电枢电流为0。3、调节PI控制器参数对转速的影响仿真假设电机空载运行，转速给定信号为10V。比例系数，积分时间系数，仿真结果如下：由转速波形可以得出：当给定电压为最大值10V时，电机转速启动过程没有超调量，稳态后能达到额定转速1000r/min。由电流波形可以得出：起动电流较小。当电机运行到达稳态后，电枢电流降低为0。

7、4、不同负载对转速的影响仿真假设电机转速给定信号为10V；PI调节器中比例系数，积分系数；负载设定为初始负载电流为50A，0.5s后负载电流变为100A，仿真模型如下。仿真得到的转速和电枢电流波形如下：由转速波形可以得出：0.5s后，负载电流由50A增加到100A，电机达到稳态后转速没发生变化，仍为额定转速1000r/min。说明由比例积分控制器构成的闭环调速系统为无静差系统。由电流波形可以得出：起动电流较大。0.5s后，负载电流由50A增加到100A，为了使电机达到稳态，电枢电流相应的也从50A增加到100A，即电枢电流始终与负载电流相等，以维持电机稳定运行。三、实验心得实验3 转速、电流双

8、闭环直流调速系统仿真一、实验目的1、掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本原理2、掌握运用MATLABSimulink仿真软件建立转速、电流双闭环直流调速系统的仿真数学模型，并具有一定的数据分析能力。二、实验原理及步骤1、被控对象原始数据（课本例2-1，2-2）（1）直流电机数据：，允许过载倍数；（2）三相晶闸管整流装置：，（3）电枢回路总电阻；电枢回路电磁时间常数；机电时间常数；转速反馈系数；电流反馈系数；电流滤波时间常数；转速滤波时间常数；对应额定转速时的给定电压。2、电流环的仿真分析（1）电流环的数学模型如下（2）仿真模型的建立注意：建立模型时，忽略负载电流，即认为电机空载运行。（3）参

9、数设置（1）先设置被控对象参数，见原始数据。（2）PI调节器中，；积分器有限幅作用，上限为10，下限为-10；整个PI调节器输出也有限幅作用，因此加一个限幅器Saturation，上限为10，下限为-10，见下图。（3）给定信号为阶跃信号，阶跃时间为0，初始值为0，终值为10。（即转速调节器饱和，电流达到最大值）（4）仿真时间设为0.05秒。（5）仿真结果见下图。由上图可知：（a）此时转速调节器饱和，电流输出达到最大值，约为195A，（额定值为136A），此时相当于转速的加速度最大，速度上升最快。（b）电流超调量约为5%，满足要求。3、双闭环的仿真分析（1）转速电流双闭环系统数学模型如下（2）

10、仿真模型的建立（3）参数设置：（1）先设置被控对象参数，具体数据见原始数据。（2）转速给定环节为阶跃信号，阶跃时间0，初始值0，终值10；（3）转速PI调节器参数： ，。积分器有限幅作用，上限为10，下限为-10；整个转速调节器输出也有限幅作用，因此加一个限幅器Saturation，上限为10，下限为-10。（4）电流调节器参数与电流环的仿真参数一样。（5）用一个阶跃信号给系统加额定负载，阶跃时间1，初始值0，终值136（额定负载电流）（6）仿真时间为1.5秒。仿真结果见下图。由上图可知：（a）起动时，电流迅速达到最大值，约为200A，此时电机的转速以最大加速度快速上升。（b）大约在0.35秒

11、处，转速达到给定值，电流下降，经过一定震荡后，转速达到额定值1460r/min，此时因为空载运行，电流降低为0。（c）1秒时，突加负载，转速和电流发生波动，达到稳态后，转速有基本回到原来状态（基本无静差），电流与实际负载电流相等。三、实验心得实验4 单闭环PWM可逆直流调速系统仿真一、实验目的1、掌握单闭环PWM可逆直流调速系统的基本原理2、掌握运用MATLABSimulink仿真软件建立单闭环PWM可逆直流调速系统的仿真数学模型，并具有一定的数据分析能力。二、实验内容及步骤单闭环PWM可逆直流调速系统仿真模型见下图。各部分模型的建立与参数设置：1、主电路模型建立与参数设置（1）直流电源：22

12、0V。（2）桥式电路：选择通用桥（Universal Bridge）中IGBT/Diodes，桥臂数为2。（3）直流电机参数：励磁电源220V，负载为50。2、控制电路模型建立与参数设置（1）PI控制器：Kp=0.1，Ki=1，输出限幅为-10 10。（2）PWM发生器：采用Discrete PWM Generator模块。此模块中自带三角波，其幅值为1，且输入信号应在-1到1之间，输入信号与三角波信号相比较，比较结果大于0时，占空比大于50%，PWM波表现为上宽下窄，电机正转；比较结果小于0时，占空比小于50%，PWM波表现为上窄下宽，电机正转。Discrete PWM Generator模

13、块参数设置：调制波为外设波，载波频率为1080Hz。3、系统仿真参数设置：仿真算法ode23tb，仿真时间5s。4、仿真结果分析（自己分析）实验5 异步电机SPWM调速仿真一、实验目的1、掌握异步电机SPWM调速的基本原理2、掌握运用MATLABSimulink仿真软件建立异步电机SPWM调速的仿真数学模型，并具有一定的数据分析能力。二、实验内容及步骤2.1、SPWM内置波调速系统仿真系统仿真模型见下图。各部分模型的建立与参数设置：1、主电路模型建立与参数设置（1）直流电源：780V。（2）桥式电路：选择通用桥（Universal Bridge）中IGBT/Diodes，桥臂数为3。（3）交流

14、电机参数：采用Preset Mode 15，负载为10。（4）交流电机测量模块：路径为simpower systems/machines/machines measurement demux，参数设置见下图。2、控制电路模型建立与参数设置采用离散PWM脉冲发生器作为控制信号，路径为simpower systems/extra library/discrete control blocks/discrete PWM generator。调制波设置为内置模式，具体见下图。3、仿真设置：仿真算法：ode23tb，仿真时间5秒。4、仿真结果与分析仿真分析由学生自己完成2.2、SPWM外置波调速系统仿真系统仿真模型见下图。各部分模型的建立与参数设置：1、主电路模型建立与参数设置与内置波仿真相同2、控制电路模型建立与参数设置（1）discrete PWM ge