晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验

1、仅供个人参考功率电子学课程设计设计报告设计时间：班 级：10应用电子及技术（1）班姓 名：报告页数：上5不得用于商业用途广东工业大学课程设计报告设计题目晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验学院 信息工程 专业应用电子技术班(1)学号 姓名成绩评定教师签名品闸管宜流调速系统参数和环节特性的测定实验1、实验目的(1)熟悉品闸管直流调速系统的组成及其基本结构。(2)掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。2、实验原理品闸管直流调速系统由整流变压器、 晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电 动机一发电机住等组成。在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电 压Ug作为触发

2、器的移相控制电压 Uct,改变Ug的大小即可改变控制角 从而 获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1所示。三相电源输出图1 晶闸管直流调速实验系统原理图给定3、实验内容(1)测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值 Ro(2)测定晶闸管直流调速系统住电感值 L。(3测定直流电机一直流发电机一测速发电机组的飞轮惯量 GD2(4)测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 Td。(5)测定直流电动机电势常数 Ce和转矩常数Cm。(6)测定晶闸管直流调速系统机电时间常数 Tmo 测定晶闸管出发及整流装置特性 Ud=?(Uct)。(8)测定测速发电机特性Utg=? (n)。4、实验仿真

3、品闸管直流调速实验系统的原理图如图 1所示。该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图2是采用面 向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。下面介绍各部分建模与常数设置过程。图2 晶闸管开环直流调速系统的仿真模型4.1 系统的建模和模型参数设置系统的建模包括主电路的建模和控制电路的建模两部分。(1)主电路的建模和参数设置由图2可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流 桥不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以将触发器归到主电路 进行建模。三相对

4、称交流电压源的建模和参数设置。首先从电源模块中选取一个交流 电压源模块，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，并用模块标题名称修改方法将模块标签分别改为“ A相”、“B相”、“C相”，然后从连接器模 块中选取“ Ground”元件和“ Bus Bar”元件，按图1主电路图进行连接。为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下。双击A相交流电压源图标，打开电压源参数设置对话框，在A相交流电压源 参数设置中，幅值取220V,初相位设置成0° ,频率为50Hz,其他为默认值， 如图3所示。B、C相交流电源参数设置方法与 A相位基本相同，除了将初相位 设置成立差120。外

5、，其他参数与A相相同。晶闸管整流桥的建模和参数设置。首先从电力电子模块组中选取 “Universal Bridge”模块，并将模块标签改为“晶闸管整流桥”，然后双击模块 图标，打开SCRI流桥参数设置对话框，参数设置如图4所示。当采用三相整流 桥时，桥臂数取3, A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子元件 选择品闸管。参数设置的原则如下，如果是针对某个集体的变流装置进行设置， 对话框中的Rs、Cs、Ron、Lon、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，如果是 一般情况，不针对某个集体的变流装置，这些参数可先取默认值进行仿真。 若仿 真结果理想，就可认可这些设置的参数，若仿真结果不理想

6、，则通过仿真实验， 不断进行参数优化，最后确定其参数。这一参数设置原则对其他环节的参数设置 也是适用的。图3 A相电源参数设置 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图4 SCR整流桥参数设置平波电抗器的建模和参数设置。首先从模块中选取“ Series RLC Branch” 模块，并将标签改为“平波电抗器”，然后打开平波电抗器参数设置对话框，参 数设置如图5所示，平波电抗器的电感值是通过仿真实验比较后得到的优化参 数。 Block Parameters: Series RLC Branch丛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|图5平波电抗器参数设置直流电动机的建模和参数设置。首先从电动机系统模块组中选取“ DC Machine”模块，并将模块标签改

10、为“直流电动机”。直流电动机的励磁绕组“ F+ -F-”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源模块， 并将电压参数设置为220V,电枢绕组“A+ - A-”经平波电抗器接晶闸管整流 桥的输出，电动机经TL端口接包转矩负载，直流电动机的输出参数有转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Teo通过“示波器”模块观察仿真输出图形。电动机的参数设计步骤如下，双击直流电动机图标，打开直流电动机的参数 设置对话框，直流电动机的参数设置如图6所示。参数设置的原则与晶闸管整流 桥相同。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图6 直流电动机参数设置同步脉冲触发

13、器的建模和参数设置。同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两部分。6脉冲触发器可从附加控制(Extras Control Blocks)子模块 组获得。6脉冲触发器需要用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交 流电源的相电压转换成线电压。同步电源与6脉冲触发器及封装后的子系统符号 如图7 (a)、(b)所示。(a)同步电源6脉冲触发器Subsystem(b)封装后的子系统符号图7 同步电源与6脉冲触发器和封装后的子系统符号至此，根据图1主电路的连接关系，可建立起主电路的仿真模型，如图 2 所示。图中触发器开关信号为“ 0”时，开放触发器，开关型号为“ 1”时，封锁 触发器。(2)控制电

14、路的建模和参数设置品闸管直流调速系统的控制电路只有一个给定环节，它可以重输入源模块组子中选取“Constant'模块，并将模块标签改为“给定信号”，然后双击该模块图标，打开参数设置对话框，将参数设置为50rad/s。实际调速时，给定信号是在一定范围内变化的，可以通过仿真实践，确定给定信号允许的变化范围。将主电路和控制电路的仿真模型按照晶闸管直流调速系统电器原理图的连接关系进行模型连接，即可得到图 2所示的晶闸管直流调速系统仿真模型。4.2 系统的仿真参数设置在 MATLAB勺模型窗口 中打开 “Simulation”菜单，进行 “Simulation Parameters 设置。单击“

15、Simulation Parameters菜单后，得到仿真参数设置对话框，参数设 置如图8所示，仿真中所选择的算法为ode23s由于实际系统的多样性，不同的 系统需要采用不同的的仿真算法，到底采用哪一种算法，可通过仿真实践进行比 较选择。仿真"Start time” 一般设为0, “Stop time”根据实际需要而定，这里设为10。图8仿真参数设置对话框及参数设置4.3 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真，在 MATLAB的模型窗口打开 “Simulation”菜单，单击“Star”命令后，系统开始仿真，仿真结束后可输出仿真结果。单击“示波

16、器”命令后，通过“示波器”模块进行观察仿真输出图形， 如图12所示，其中图9 （a）、（b）、（c）、（d）分别表示直流电动机电磁转矩角 频率曲线，直流电动机电枢电流Ia曲线，Te曲线和角频率 与电枢电流Ia的曲线（a）直流电动机角频率曲线(b)直流电动机电枢电流Ia曲线(C)直流电动机电磁转矩Te曲线(d)直流电动机角频率 与电枢电流Ia的关系曲线图9 晶闸管直流调速系统的输出波形根据图2的仿真模型，系统有两种输出方式：当采用“示波器”模块观察仿 真输出结果是，只要在系统模型图上双击“示波器”图标即可；当采用“ out 1” 模块观察仿真输出结果时，可在MATLAB的命令窗口输入绘图命令 “

17、plot(tout,yout)”，即可得到未经编辑的输出图形，然后对其输出图形进行编辑。最终可得编辑后的输出图形，如图10所示。图10显示的分别是晶闸管直流调速系统的电流曲线和转速曲线。可以看出，这个结果和实际电动机运行的结果相似，系统的建模与仿真是成功的。在品闸管直流调速系统建模与仿真结束之际，对建模与常数设置的一些原则和方法归纳如 下。系统建模时，将其分成主电路和控制电路两部分分别进行。在进行常数设置时，晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等装置(固有环节）的参数设置原则如下，如果针对某个具体的装置进行参数设置， 则对话 框中的有关参数应取该装置的实际值；如果是不针对某个具体装置的一般情况

18、， 课先取这些参数默认值进行仿真。 若仿真结果理想，可认可这些设置的参数；若 仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。图10 编辑后的晶闸管直流调速系统的电流曲线和转速曲线给定信号的变化范围、调节器的参数和反馈检测环节的反馈系统（闭环系 统中使用）等可调参数的设置，具一般方法是通过仿真实验，不断进行参数优化。 具体方法是分别设置这些参数的一个较大和较小值进行仿真， 弄清它们对系统性 能洋相的趋势，据此逐步将参数进行优化。仿真实践根据实际需要而定，以能够仿真出完整的波形为前提。由于实际系统的多样性，没有一种仿真算法是万能的。不同的系统需要采 用不同的仿真算法，到底采用哪

19、一种更好，这需要通过仿真实践，从仿真能否进 行、仿真的速度、仿真的精度等方面进行比较选择。5、实验结果(1)实验结果分析按实验指导书试验步骤得到实验结果如上各图所示。通过仿真示波器可得，若各参数设置如上所述，且给定信号为73时，得到，Ia、Te的曲线分别如图9 (a)、图 9 (b)、图 9 (c)所示。由图中的曲线可以求出：直流电动机角频率 一直上升，直到到大稳定状态，超调为0,稳定后的 值约为212。直流电动机电流Ia的最大超调是(p,(r=C(tp)-C(叫二498-30=468,最后基 本达到稳定值为30;直流电动机电磁转矩Te的最大超调(p,6二C(tp)-C(S=825-50=775，最后 基本达到稳定值为50。(2)实验的有关参数电路总电阻值 R=Ra+Rl+Rn=0.6+0+0.001=0.601 Q电枢回路电感L的测定L=La+Ld =0.012+0.005=0.017 H直流电机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量 GD2=375Tz/dn/dt=1(3)