1、晶閘管直流調速系統參數和環節特性的測定一、實驗目的(1)熟悉品閘管直流調速系統的組成及其基本結構。(2)掌握晶閘管直流調速系統參數及反饋環節測定方法。二、實驗原理品閘管直流調速系統由整流變壓器、晶閘管整流調速裝置、平波電抗器、電動機-發動機組等組成。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作為觸發器的移相控制電壓Uct,改變Ug的大小即可改變控制角a,從而獲得可調直流電壓，以滿足實驗要求。實驗系統的組成原理如圖1所示。三相電源輸出VT1山Ti二=©汰叮注T力勵磁電源圖1晶閘管直流調速試驗系統原理圖三、實驗內容(1)測定晶閘管直流調速系統主電路總電阻值R

2、。(2)測定晶閘管直流調速系統主電路電感值Lo(3)測定直流電動機-直流發電機-測速發電機組的飛輪慣量GD2。(4)測定晶閘管直流調速系統主電路電磁時間常數Td0(5)測定直流電動機電勢常數Ce和轉矩常數Cm。(6)測定晶閘管直流調速系統機電時間常數Tm0(7)測定晶閘管觸發及整流裝置特性UdfUctoci(8)測定測速發電機特性Utgfn0四、實驗仿真晶體管直流調速實驗系統原理圖如圖1所示。該系統由給定信號、同步脈沖觸發器、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成的晶閘管直流調速系統的仿真模型。下面介紹各部分的建模與參數設置過程。4.1系統的建模和模型

3、參數設置系統的建模包括主電路的建模與控制電路的建模兩部分。(1)主電路的建模與參數設置由圖2可見，開環直流調速系統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。由于同步脈沖觸發器與晶閘管整流橋是不可分割的兩個環節，通常作為一個組合體來討論，所以將觸發器歸到主電路進行建模。三相對稱交流電壓源的建模和參數設置。首先從電源模塊組中選取一個交流電壓源模塊，再用復制的方法得到三相電源的另兩個電壓源模塊，并用模塊標題名稱修改方法將模塊標簽分別改為“A相”、“B相”、“C相”，然后從元件模塊)型模真仿的統系速調流直環開管閘晶2圖OCIUOSeaa«LrovCD組中選

4、取“Ground”元件，按圖1主電路進行連接為了得到三相對稱交流電壓源，其參數設置方法及參數設置如下。雙擊A相交流電壓源圖標，打開電壓源參數設置對話框，在A相交流電源參數設置中，幅值取220V,初相位設置成0°,頻率為50Hz,其他為默認值，如圖3所示。RC相交流電源參數設置方法與A相基本相同，除了將初相位設置成立差120。外，其他參數與A相相同。由此可得到三相對稱交流電源。晶閘管整流橋的建模和參數設置。首先從電力電子模塊組中選“UniversalBridge”模塊，然后雙擊模塊圖標，打開SCR整流橋參數設置對話框，參數設置如圖4所示。當采用三相整流橋時，橋臂數取3,A、B、C三相交

5、流電源接到整流橋輸入端，電力電子元件選擇品閘管。參數設置的原則如下，如果是針對某個具體的變流裝置進行參數設置，對話框中的Rs、Cs、Ron、Lon、Vf應取該裝置中的品閘管元件的實際值，如果是一般情況，不針對某個具體的變流裝置，這些參數可先取默認值進行仿真。若仿真結果理想，就可認可這些設置的參數，若仿真結果不理想，則通過仿真實驗，不斷進行參數優化，最后確定其參數。這一參數設置的原則對其他環節的參數設置也是適用的。HBlockParameters:Va圖3A相電源參數設置圖4SCR整流橋參數設置平波電抗器的建模與參數設置。首先從元件模塊組中選“SeriesRLCBranch”模塊，然后打開平波電

6、抗器參數設置的對話框，參數設置如圖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化參數。圖5平波電抗器參數設置直流電動機的建模和參數設置。首先從電動機系統模塊組中選取“DCMachine”模塊。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，并將電壓參數設置為220V,電樞繞組“A+-A-”經平波電抗器接晶閘管整流橋的輸出，電動機經TL端口接包轉矩負載，直流電動機的輸出參數有轉速n、電樞電流Ia、勵磁電流If、電磁轉矩Te,通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形。電動機的參數設置步驟如下，雙擊直流電動機圖標，打開直流電動機的參數設置對話框，

7、直流電動機的參數設置如圖6。參數設置的原則與晶閘管整流橋相同。HBlockParameters:DCMsdiine?XDCflink.Thistloclciirplmerits昌separatelyexcitedDCaching.Accessisprovidedtothefic&nnsetiotiesqthatthecachingcsnbeusedashu.Jit_eo7in&etadqe£s&ri&s-ccnnictsdDCziddiins.Farasiftt看工sNoI抑EhMfdm：包工工生d二打工mt2H土Aj=atJT6anlanJuutmn

8、cq,fa-LmH._OKgmewlMtlpApply圖6直流電動機參數設置同步脈沖觸發器的建模和參數設置。同步脈沖觸發器包括同步電源與6脈沖觸發器兩部分。6脈沖觸發器可從附加庫模塊組(ExtraLibrary)中的控制子模塊組(ControlBlocks)獲得。6脈沖觸發器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務是將三相交流電源的相電壓轉換成線電壓。同步電源與6脈沖觸發器及封裝后的子系統符號如圖7(a)(b)所示。In2(a)同步電源與6脈沖觸發器(b)封裝后的子系統符號圖7同步電源與6脈沖觸發器和封裝后的子系統符號至此，根據圖1主電路的連接關系，則可建立起主電路的仿真模型，如圖2所示。圖中觸

9、發器開關信號為“0時，開放觸發器，開關信號為“1時，關閉觸發器。(2)控制電路的建模與參數設置品閘管直流調速系統的控制電路只有一個給定環節，它可以從輸入模塊組中選取“ConstantI?塊，然后雙擊該模塊圖標，打開參數設置對話框，將參數設置為50rad/so實際調速時，給定信號是在一定范圍內變化的，讀者可通過仿真實踐，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的直流調速系統電氣原理圖的連接關系進行模塊連接，即可得到圖2所示的晶閘管直流調速系統仿真模型。4.2 系統的仿真參數配置在MATLAB的模型窗口打開“Simulation菜單，進行ConfigurationPara

10、meters設置，如圖8所示。圖8仿真參數配置單擊ConfigurationParameters菜單后，得到仿真參數配置對話框，仿真中所選擇的算法為ode233由于實際系統的多樣性，不同系統需要不同的仿真算法，到底采用哪一種算法，可通過仿真實踐進行比較選擇。仿真"Starttime-般設為0,“Stoptimef艮據實際需要而定。圖9仿真參數配置對話框及參數配置4.3 系統的仿真、仿真結果的輸出及結果分析當建模與參數配置完成后，即可開始進行仿真。在MATLAB的模型窗口打開“Simulation菜單，單擊“Starts吟后，系統開始仿真，仿真結束后可輸出仿真結果。單擊“示波器”命令后

11、，通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形，如圖10所示，其中圖10(a)、(b)、(c)、(d)分別表示直流電動機的電磁轉矩Te曲線、電樞電流Ia曲線、角頻率曲線和角頻率與電樞電流Ia的關系曲線。(a)直流電動機電樞電磁轉矩Te曲線(b)直流電動機電樞電流Ia曲線(c)直流電動機角頻率3曲線(d)直流電動機角頻率3與電樞電流Ia的關系曲線圖10晶閘管直流調速系統的輸出波形根據圖2的仿真模型，系統有兩種輸出試：當采用“示波器”模塊觀察仿真輸出結果時，只要在系統模型圖上雙擊“示波器”圖標即可；當采用“outl模塊觀察仿真輸出結果時，可在MATLAB的命令窗口輸入繪圖命令"plot(tout,

12、yout),即”可得到未經編輯的輸出圖形，然后對其輸出圖形進行編輯。最終可得編輯后的輸-10-出圖形，如圖11所示。圖11顯示的分別是晶閘管直流調速系統的電流曲線和轉速曲線?？梢钥闯?，這個結果和實際電動機運行的結果相似，系統的建模與仿真是成功的。在品閘管直流調速系統建模和仿真結束之際，對建模和參數設置的一些原則和方法歸納如下。系統建模時，將其分為主電路和控制電路兩部分分別進行。在進行參數設置時，晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等裝置（固有環節）的參數設置原則如下，如果針對某個具體的裝置進行參數設置，則對話框中的有關參數應取該裝置的實際值；如果是不針對某個具體裝置的一般情況，可先取這些裝置的

13、參數默認值進行仿真。若仿真結果理想，可認可這些設置的參數；若仿真結果不理想，則通過仿真實驗，不斷時行參數優化，最后確定其參數。圖11編輯后的晶閘管直流調速系統的電流曲線和轉速曲線給定信號的變化范圍、調節器的參數和反饋檢測環節的反饋系數（閉環系統中使用）等可調參數的設置，具一般方法是通過仿真實驗，不斷進行參數優化-11-具體方法分別設置這些參數的一個較大和一個較小值時行仿真，弄清它們對系統性能影響的趨勢，據此逐步將參數進行優化。仿真時間根據實際需要而定，以能夠仿真出完整的波型為前提。由于實際系統的多樣性，沒有一種仿真算法是萬能的。不同的系統需要采用不同的仿真算法，到底采用哪一種算法更好，這需要通

14、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。上述內同具有一般指導意義，在討論后面各種系統時，遇到類似問題就不再細述了。五、實驗結果5.1 實驗結果分析按實驗指導書試驗步驟得到實驗結果如上各圖所示。若各參數設置如上所述，且給定信號為50時，得到Te、Ia、的曲線分別如圖10（a）、（b）、（c）所示。Te的最大值為957,調節時間是1.1,1.1后基本達到穩定值（約54）;Ia的最大值是580,調節時間是1.0,1.0后基本達到穩定值（約33）;的調節時間是0.5,沒超調，穩定后值約為212。5.2 實驗的有關參數I、電路總電阻值R=Ra+RL+Rn=0.5+0+0.0

15、0001=0.50001QH、電樞回路電感L的測定L=La+Ld=0.01+0.005=0.015H5.3 實驗參數設置由實驗知當改變給定信號時，各個波形會相應改變，給定信號越大，Ia、Te最大值越大，穩定后的值也越大；穩定后的值越小。如當信號為100時，Te的最大值為969,穩定值約104;Ia的最大超調是587,穩定值約63;穩定后值約為203。波形與信號為50相似，只是幅值發生變化。-12-六、思考題6.1 同步脈沖觸發器的工作原理答：同步觸發器將同步變壓器降壓后的信號經過零比較后得到的同步信號經A/D轉換后送入單片機管腳，形成同步信號；單片機根據同步信號產生觸發脈沖，該脈沖經驅動電路放

16、大后由脈沖變壓器送晶閘管。同時單片機采集主電路的電壓和電流反饋值，根據PI調節將反饋值換算為移相角9,并由計數器實現8計數時間的對應，使單片機通過對計數時間的控制來達到控制移相角。6.2 直流電動機有哪幾種調速方案？各有哪些特點？答：調速的方法有三種：改變電源電壓U調速。特點：可以實現平滑無機調速，但需要附加調壓設備。在電樞回路串聯電阻Rs調速。特點：損耗較大，效率較低。當輕載時，電樞電流較小，串聯電阻后，轉速變化不大，但是設備簡單。調節勵磁回路電阻Rcf調速。特點：改變磁通調速時，必須降低負載轉矩。七、課程設計心得通過本次課程設計，我進一步熟悉了品閘管直流調速系統的組成及其基本結構，同時也掌握了晶閘管直流調速系統參數及反饋環節的測定方法。在這兩個星期的實踐學習中，我對功率電子學的的知識有了較為深入的理解，發現“理論+實踐”的方式更有利于對知識的接受。同時，我也進一步學習了matlab仿真(Simulink)的使用。學習知識是一個過程，應用知識是另一個過程。通過本次課程設計，我認識到對知識的掌握不僅要“求是”，還