昆明学院交直流调速实验报告

1、昆明学院实验报告书专业：电气工程和自动化类别：3级电气姓名：杨学生人数：5课程：电驱动控制系统昆明大学自动控制与机械工程学院实验项目名称：开环调速系统仿真实验实验时间：2014年6月4日，同组：实验报告分数：首先，预习报告(实验前了解实验目的，预习实验原理和步骤):1、实验的目的(简述):(1)掌握开环DC速度控制系统的原理；(2)掌握用simulink编程进行仿真的方法。2.实验原理(简介):DC电机的速度方程为：(1)从速度方程可以看出，速度可以通过调节电枢电源电压Ua来调节。这种速度调节方法的优点是不仅可以连续平滑地调节速度，而且具有较大的速度调节范围和非常硬的机械特性。开环DC调速系统

2、的电气原理图如图1所示。三相晶闸管桥式整流电路通过平波电抗器L向DC电机的电枢供电。通过改变触发相移控制信号Uc，可以调节晶闸管的触发角，从而改变整流电路输出电压的平均值Ud，实现DC电机的调速。图1 -1开环DC调速系统电气原理图3.实验步骤：(1)掌握DC电机调压调速原理。(2)分析三相桥式整流电路中触发角与输出DC电压平均值的关系。(3)根据开环DC速度控制系统的电气原理图，编写了Simulink实验程序，并在计算机上进行调试，记录结果。(4)分析实验结果，完成书面实验报告，完成相应的试题。二、实验数据(记录相应的表格或图表):1、实验数据表：1)设置模块参数电源电压电机参数激励电阻：对

3、于恒定磁场控制，激励电感优选为“0”。电枢电阻：电枢电感通过以下公式估算：电枢绕组和励磁绕组之间的互感：因为.因此电机转动惯量(3)额定负载扭矩(4)型号参考号见表1-1图1-2 DC电机开环调速系统模型参数2)设置仿真参数：仿真算法ode15a，仿真时间1.5S，电机空载启动，0.5s启动，额定负载TL=171.4N.m牛顿米2.实验图表：1)DC电机开环调速系统仿真图如下图1-32)开始模拟并观察结果：模拟结果如图1-3所示。其中，图1-3a是整流器输出端的电压波形(局部)，图1-3b是通过平滑电抗器后电机电枢两端的电压波形。该波形比整流器输出端的电压波形脉动小得多。平均电压约为225伏，

4、满足设计要求。图1-3c和1-3d示出了电机电枢电路电流和转速的变化过程。在全电压直接起动的情况下，起动电流非常大，起动电流在大约0.25秒时下降到零(空载起动)，起动过程结束，此时电动机速度上升到最高值。当启动后0.5s增加额定电压负载时，电机转速降低，电流增加。图1-3e是马达的扭矩变化曲线，并且扭矩曲线与电流曲线成比例。图1-3f示出了运行期间电机的转矩-速度特性曲线。该仿真反映了开环晶闸管-DC电机系统在空载启动和负载时的工作情况。1-3a1-3b1-3c1-3d1-3e1-3f三、实验思维(完成相应的实验试题，提出实验的改进方法):1.三相桥式整流电路中触发角与平均输出DC电压Ud的

5、关系：2.开环DC调速系统速度N与转矩Te的关系：额定磁通下电机的转矩系数：理想空载速度与电压系数成正比：3.假设开环DC速度控制系统的最小允许速度为500转/分，根据给定的电机参数计算开环DC速度控制系统的静态差和速度控制范围D。解决方案：电机电动势系数：=0.1311(v.min/r)所以：(r/min)静态错误率*100%=30%速度调节范围：=2.87实验项目名称：DC速度闭环控制调速系统仿真实验实验时间：2014年6月05日，同组：实验报告分数：首先，预习报告(实验前了解实验目的，预习实验原理和步骤):1、实验的目的(简述):1.掌握DC速度控制系统的原理，采用闭环速度控制；2.掌握

6、使用simulink编程进行仿真的方法。2.实验原理(简介):1.DC电机的调压调速原理从DC电机的速度方程可以看出，调节电枢电源电压Ua可以实现调速。2.晶闸管装置的整流原理三相晶闸管桥式整流电路通过平波电抗器L向DC电机的电枢供电。通过改变触发相移控制信号Uc，可以调节晶闸管的触发角，从而改变整流电路输出电压的平均值Ud，实现DC电机的调速。3.负反馈控制原理具有速度负反馈的DC速度控制系统的稳态结构图如图1所示。该系统由速度比较环节、偏差电压平方环节、电力电子变换器和速度测量反馈环节组成。当电机负载增加时，转速降低，转速反馈Un减小，转速偏差Un增大。同时，放大器的输出控制电压Uc增加。

7、Uc的增加将减小晶闸管的触发角，从而增加整流器装置的输出电压的平均值，为电动机提供更大的电枢电压Ua，并因此增加电动机的电枢电流Ia。电机的电磁转矩为，运动方程为：(1)根据电磁转矩公式和运动方程，Ia的增加将增加电磁转矩，从而提高转速并补偿因负载增加而引起的转速下降。图1速度反馈闭环控制DC调速系统稳态结构图3.实验步骤：1.建立闭环速度控制的DC速度控制系统的数学模型；2.编程模拟闭环速度控制的DC速度控制系统。3.根据速度闭环控制DC调速系统的稳态结构图，编制了Simulink实验程序，在计算机上进行调试，并记录了结果。4.分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的试题。二、实验数据(

8、记录相应的表格或图表):1、实验数据表：1)带速度负反馈的DC速度控制系统的稳态特性方程为：图2-1:带速度负反馈的差动DC调速系统的组成电机速度下降：在公式中，是放大器的放大系数；晶闸管整流器放大系数；对于电机电动势常数；对于速度反馈系数；r是电枢电路的总电阻。从稳态特性方程可以看出，如果适当增加放大器的放大倍数，电机的转速降n将减小，电机将具有更强的机械特性，即当负载变化时，电机的转速变化将减小，电机将具有更好的保持稳定转速的性能。如果放大倍数过大，也可能导致系统运行不稳定。带速度负反馈的差速控制系统仿真模型如图2-4所示。在图2-1所示的开环速度控制系统的基础上，该模型增加了给定转速()

9、，转速反馈n-feed，放大器增益和反映放大器输出限制的饱和特性模块，其中饱和限制模块的输出是移相触发器的输入，转速反馈直接取自电机的转速输出，不增加测速发电机，取转速反馈系数2)在例1的基础上，观察转速负反馈系统对不同放大器放大倍数下转速变化的影响。模型的主要参数如表所示。表2-2速度负反馈静态差DC调速系统模型参数2.实验图表：1)测试接线图如图2-3所示。图2-31)对应的曲线KP=10，额定速度=10，=5，10，20，如图2-4a所示。随着放大器放大系数的增加，系统的稳态速度增加，即稳态速度降减小。图2-4b示出了=10时的电流响应波形、图2-4b中1/2额定速度(=5)时的速度对应

10、曲线、2-4c电源电压曲线和2-4d电机的扭矩变化曲线。2-4a(Kp=10)2-4b(电流响应曲线)2-4c2-4d3、实验思维(完成相应的实验试题，提出实验的改进方法):1.根据给定的数据，计算在相同负载扰动下，闭环速度控制的DC速度控制系统的速度降与开环DC速度控制系统的速度降之间的关系：2、在相同的理想空载速度条件下，计算速度闭环控制DC速度控制系统和开环DC速度控制系统的静态误差率之间的关系：3.如果电机的最高速度为nN且最低速度静态误差率的要求相同，则计算闭环DC速度控制系统和开环DC速度控制系统的速度范围之间的关系：实验项目名称：速度电流双闭环控制DC调速系统仿真实验实验时间：2

11、014年6月10日，同组：实验报告分数：首先，预习报告(实验前了解实验目的，预习实验原理和步骤):1、实验的目的(简述):1.掌握转速和电流双闭环控制的DC调速系统的原理；2.掌握使用simulink编程进行仿真的方法。2.实验原理(简介):转速和电流双闭环控制的DC调速系统的动态结构图如图1所示。为了实现转速和电流的两个负反馈分别作用，系统中设置了两个调节器分别调节转速和电流，两个调节器之间实现嵌套连接。速度调节器ASR的输出作为电流调节器ACR的输入系统，由速度比较环节、偏差电压平方环节、电力电子变换器和速度测量反馈环节组成。当转速低于给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流减小，通过电流回路调节电机的电流减小，电机将由于电磁转矩的减小而减速。当速度调节器的饱和输出达到极限值时，电流回路将以最大电流限制Idm，以加速电机，从而最小化电机的启动时间。3.实验步骤：1.建立转速和电流双闭环控制的DC调速系统的数学模型；2.编程模拟速度和电流双闭环控制的DC速度控制系统。3.根据转速和电流双闭环控制的DC调速系统的动态结构图，编制了Simulink实验程序，在计算机上进行调试，并记录了结果。4.分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的试题。二、实验