电力系统仿真

1、电力系统仿真论文题目晶闸管-直流电动机开环调速院系电气工程及其信息分院专业电力班级3指导老师李房云摘要MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高,如何利用MATLAB仿真出理想的结果,关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真.本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子,通过对MATLAB的仿真,得到不同的仿真结果.通过仿真结果的比照,对MATLAB的仿真进行研究.从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择.通过同步6脉冲发生器给三相晶闸管整流桥提供脉冲限制信号.alphadeg是脉冲触发角,通过改变alphadeg端对应的值的大小来改变整流输出电压.而直流电动机的速

2、度由输入的电压进行限制,因此直流开环调速系统可以被仿真目录1课题背景、2直流电动机开环调速系统仿真原理3仿真过程3.1 仿真原理图3.2 仿真结构图3.3 仿真参数明细4仿真结果5仿真分析及总结参考文献1课题背景直流调速是现代电力拖动自动限制系统中开展较早的技术.在20世纪60年代,随着晶闸管的出现,现代电力电子和限制理论、计算机的结合促进了电力传动限制技术研究和应用的繁荣.晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力.尽管目前交流调速的迅速开展,交流调速技术越趋成熟,以及交流电动机的经济性和易维护性,使交流调速广泛受到用户的欢送.但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广

3、阔的市场,并且建立在反响限制理论根底上的直流调速原理也是交流调速限制的根底.现在的直流和交流调速装置都是数字化的,使用的芯片和软件各有特点,但根本限制原理有其共性.长期以来,仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上,即在系统模型建立以后要设计一种算法.以使系统模型等为计算机所接受,然后再编制成计算机程序,并在计算机上运行.因此产生了各种仿真算法和仿真软件.由于对模型建立和仿真实验研究较少,因此建模通常需要很长时间,同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家,而对决策者缺乏直接的指导,这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用.MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink,那么是众多仿真软件中最强大、

4、最优秀、最容易使用的一种.它有效的解决了以上仿真技术中的问题.在Simulink中,对系统进行建模将变的非常简单,而且仿真过程是交互的,因此可以很随意的改变仿真参数,并且立即可以得对仿真结果进行分析和可视化.Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型,如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体,至微观的分子原子,它可以建模和仿真的对象的类型广泛,可以是机械的、电子的等现实存在的实体,也可以是理想的系统,可仿真动态系统的复杂性可大可小,可以是连续的、离散的或混合型的.Simulink会使你的计算机成为一个实验室,用它可对各种现实中存在的、

5、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真.传统的研究方法主要有解析法,实验法与仿真实验,其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性.随着生产技术的开展,对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求,这就要求大量使用调速系统.由于直流电机的调速性能和转矩限制性能好,从20世纪30年代起,就开始使用直流调速系统.它的开展过程是这样的：由最早的旋转变流机组限制开展为放大机、磁放大器限制；再进一步,用静止的晶闸管变流装置和模拟限制器实现直流调速；再后来,用可控整流和大功率晶体管组成的PWM限制电路实现数字化的直流调速,使系统快速性、可控性、经济性

6、不断提升.调速性能的不断提升,使直流调速系统的应用非常广泛.2直流电动机开环调速系统仿真的原理直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电,并通过改变触发器移相限制信号Uc调节晶闸管的限制角,从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速.该系统的仿真模型如图1-1所示.在仿真中为了简化模型,省略了整流变压器和同步变压器,整流器和触发同步使用同一交流电源,直流电动机励磁由直流电源直接供.任何一台需要限制转速的设备,具生产工艺对调速性能都有一定的要求.例如,最高转速与最低转速之间的范围,是有级调速还是无级调速,在稳态运行时允许转速波动的大小,从正转运行变到反转运行的时间间隔,突加或突减负载

7、时允许的转速波动,运行停止时要求的定位精度等等.归纳起来,对于调速系统转速限制的要求有以下三个方面：1调速.在一定的最高转速和最低转速范围内,分档地有级或平滑地无级调节转速.2稳速.以一定的精度在所需转速上稳定运行,在各种干扰下不允许有过大的转速波动,以保证产品质量.3力口、减速.频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快,以提升生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械那么要求起、制动尽量平稳.3.2仿真结果图图1-2亘无电勘机开环蜩速系绩空枸国根据实验原理图在MATLAB软件环境下查找器件、连线,接成入上3.3仿真参数明细图所示的线路图3仿真过程3.1仿真原理图修流变压器/1T直;奈力环我速当统电原口同

8、步变体器HifmchanvEXUrT-Tn5.ii&TKfl争M仿真具体步骤a、点击图标,翻开MATLAB软件,对话框,点击里的newmodel,创立一个新文件.b、点击工具栏的,翻开元器件库查找新的元器件.C、原件库如下列图所示FileE*ViewHelp国口mEnterseereftterm"£Li)ran&sLibrarySrrxjlincSearGhQesuls(noneFreq<jefiliySemulinkConrnrionlyUteriBiecksContinuousDtscontmuitiesDiscfeteicgictndQitOpe

9、ationiLookupTableMlthOpef«iomMsdelVenficatianMcd«l-WideUtilityPcrts&SubsstennsSignalAttnbLfte;SSignalOutingSinksSourceUer-DdinedFunctionsAddtionalMathaDi5mAeropaeBlocksetCumrnunkdbonSjvtenComputerVisionSyrten-ControlSyttwnTcoboxDSPSystemToolboxD4tiAcQuisition«albc；EmbeddedCoderFuz

10、zyLogicToolboxSugesBl8k附HDLIma：好文档,让好朋友也看到Di»»rtinwi1iciMIhMOpera-IQ-15Model曰"力csti=nM&delkid*Lillti&=Fora&Subsyfrvii3gig<idBirtOperariomIgnjBTjhhlXIrstrumrentControlTooIIModelFredctrveCentreMLralFJtiarkTbdbosOPCRHbmReaMintWindowsTan缶1|门县1At11u：fcSiigGaiRcdjffarigSh亡,mg

11、.StfiiLilink如果不知在哪里找到元器件,可以在里输入元器件的名称,键入ENTER即可查找.1所用元器件及其参数设置A三相交流电源A、B、C首先从Simpowersystes中的Electricalsources电源模块组中选取一个交流电压源模块ACVoltageSource,再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块,用Format格式设定菜单中RotateblockCtrl+R将模块水平放置,并点击模块标题名称,将模块标签分别改为“Ua、“Ub、“Uc然后从连接器模块Connectors中选取“Groundoutput元件,按下列图进行连接.UUa2uaBlockParamete

12、rs:uaACVoltageSouirce(mark)(link)Id号alsinusaidalAZV(jlt3ffesource.ParamEterSPeakajuplitude(V)：22.Phasefdee);1FreaijencyCHi)i60SoMpletime:1HeadUluMCTLtsNonoOKCancelHelp(3)lcS8Jl%lBlockPararreters:lkACVoltageSourcefjngsk)(Link)IdealsinuaoidalACVoltagesourcre.ParaiTiot口rcPeakamplitude(V):220|Phase(deg：

13、-240Frequcncy(Hz);60Sampletims:0MessureuiEntsNone,OKCancelHelp图1-4三相电源参数设置设置三相电压都为220V,两两之间相位差为120,分别为0、-120、-240.a)6-PulseGenerator同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两局部.6脉冲触发器从Simpowersystes中选取ExtraLibray中的ContralBlocks中取获得.6脉冲触发器需用三相线电压同步,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lAFunctionBlockParamelers:Synchronized6-PulseG

14、eneratorSynchronized6'pulsegenerator(nask)(link)Usethisblocktofirethe6thyristorsofa6-pulstconvertertTheoutputisavectorof6pulses(C-i)individuallysynchronizedonthe6conntutationvoltages.Pulsesaregenerated:alph隼degrees1ertheinCTeasxngzero-crossingsofthecoiunutationvoltages.ParaiBeters,Frequencyofsyn

15、chronisationvoltages(Hz)*60Pulsewidth(degrees)i10IDoublepullingOKCancelHelpApplyc)UniversalBridge三相整流桥起改变输出直流电压的作用.IFClockParAmeten：UniversalBridgeUniversalBridge(mask)(link)Thisblockirr.plClient&bridgeofserltctedpowerelectrorLiejdevices.SeriesRCsnubbercireuitseonhjfrct图1-9放大器dinpatallfrlwithswi

16、.tehdevice.Pr*s±Helpfcr甘客tedsnubbervalueswhenthtrtodeli?diserrfetlied.FormortipplicationjtheirLternilindnetancftLonofdiodesandthyrirtorsshculdbes&ttozeroPiraMeters1Numberofbridgear»s;3,Snubbetreii*tanceRelegSnubbercapacitinceCsCF)infPowerEl*rtroTiicdeviceThyristors,Ron(Ohhf)1b-3Lon(H&g

17、t;0ForwardoltasVf(V)0.0021,励磁电阻和电感(Fieldresistanceandinductance)为146.70,励磁和电枢互感(Field-armaturemutualinductance)为0.84,转动惯量(Totalinertia)为0.572,粘滞摩擦系数(Viscousfrictioncoefficient)为0.01,库仑摩擦转矩(Coulombfrictiontorque)为1.9,初始角速度(initialspeed)为0.1.、I%BlockParanwters：DCMachirte1*Forthewund-fieldDCMachine,isp

18、rovidedtathe上fieldconne'Ctionssothatthemachinecanbeusedasaseparatelyexcited,shunt-connect?dorarerieE-conitBctedDCnachiite>-ConfigurationParaxeterfAdvancedIAr>anireresistanceandinductanceKa(ohms)LaCH)0.21a,00021FieldresistanceandinductanceEf(ohns)LfCH)146.7QField*aimaturemutualinductanceLaf

19、XH);0784Tot式in«EtiaJ(kc.m2)045TIViscousfrictioncoefficientHui(N.m.5)0.02CoulomlbfrictiontorqueTf(U.m)图1-7直流电机.直流电源国BlockParameters:DCVoltageSourceDCVoltageSource(mask)(link)IdealDCvoltagesource.ParametersAmplitude(V):220MeasurementsNone,OKCancelHelp图1-8直流电源f)放大器,设置放大条敌.国FunctionBlockParameters:

20、GainGainElement-wisegam(y=K.»u)ormatrix(ain(y=K*uory=u*K).KamalEu.二二i一meterAtinbutesGain:Multiplication:Element-vise(K.*u)Sampletime(-1forinherited):-1OKCancelHelp1%SourceBlockParameters:Step百科图1-10阶跃信号系统在阶跃函数输入作用下的工作条件是比拟严峻的,同时比拟具有代表性.如果系统在阶跃函数作用下的性能够满足要求,那么在其他形式作用下也能满足要求.Step提供在指定时间处在两个可定义的水平

21、间的阶跃,当仿真时间小于Steptime,那么输出Initialvalue;当仿真时间大于或等于Steptime输出Finalvalue,且Steptime不能为04仿真结果当建模和参数设置完成后,即可开始进行仿真,在MATLAB模型窗口单击工具栏的按钮或翻开“Simulation菜单命等前“start系统开始仿真,仿真结束后可输出仿真结果.单击“示波器观察仿真输出图形.观察仿真时间1s时得到的电动机转速、电动机电枢电流及电磁转矩曲线.由于直流电机的调速基于整流电路的输出电压,因此改变constant值即可对电机转速进行调节.1当限制电压为30,仿真时间为1s时的仿真波形为：A、电机转速nB、电枢电流IaC、转矩Te(2)当限制电压为50,仿真时间1s时的仿真波形为:A、电机转速nB、电枢电流Ia(3)当限制电压为40,仿真时间为1s时的仿真波形为:A、电机转速nB、电枢电流Ia.仿真分析及总结由波形可以看出：(1)在一定的范围内当触发角增大时对应的电机转速、电枢电流、电机转速的值会减小.当触发角%在0060°时三相全控整流电路的输出电压与触发角的关系为：Ud=2.34U2cos%,直流输出电压随触发角的增大而减小.实验结果为触发角越大,对应的直流输出电压越小.因此,实验结果与理论数据相符.(2)当仿