基于simulink的直流调速系统的设计与仿真_毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于simulink的直流调速系统的设计与仿真_毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

旋转交流机组：用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 （ 2） 直流斩波器或者脉宽调制变换器：用恒定直流电源或者不可控整流电源供电，利用直流斩波器 或者脉宽调制变换器产生可变的直流平均电压。 （ 3） 静止可控整流器：用静止的可控整流器，如晶闸管可控整流器，以获得可调的直流电压。 本文选取晶闸管可控整流器，以获得可以调节的直流电压。 通过调节触发电路的移相电压 Uc，便可调节整流电压 Ud，实现平滑调速。 由 晶闸管变流装置直接给直流电动机供电的调速系统，称为晶闸管电动机直流调速系统，简称 VM 系统。 其原理如图 22 所示。 图中 VT 是晶闸管变流装置，可以是单向、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。 通过调节触发装置 GT 的控制电压Uc 来移动触发脉冲的相位 ，以改变整流电压 Ud，从而实现平滑调速。 用触发脉冲的相位控制整流电压的平均值是晶闸管整流器的主要特点，而且该系统具有调速范围广、精度高、动态性能好、效率高、易控制等优点，因此，在工业上得到普遍应用。 但是晶闸管还存在以下问题： （ 1） 晶闸管的单向导电性给系统的可逆运行带来一些困难； （ 2）脉动电流造成较大的谐波分量，流入电网后对电网不利，同时增加了电机发热。 （ 3）晶闸管的过载能力较小，要限制过电流和反向过电压，以及电压变化 (du/dt)和电流变化率（ di/dt），因此必须要有可靠的保 护装置和散热条件； （ 4）整流电路的脉波数是有限的，比直流电机每对级下换向片的数目要少的多，因此除非主电路电感无穷大，否则 VM 系统的电流脉动总比 GM 系统更为严重。 脉动电流产生脉动的转矩，对生产机械不利。 目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图 23所示，习惯将其中阴极连接在一起的 3 个晶闸管（ VT VT VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的 3 个晶闸管（ VT VT VT6）称为共阳极组。 此外，习惯上希望晶闸管按图 22 VM系统 华北电力大学本科毕业设计（论文） 6 从 1 至 6 的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号 ，即共阴极组中与 a、 b、 c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT VT VT5，共阳极组中与 a、 b、 c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT VT VT6 错误 !未找到引用源。 这样晶闸管就按照 1 到 6 的顺序导通了。 图 23 三相桥式全控整流电路原理图 下面简单介绍一下其工作原理： 6 个晶闸管的脉冲按 1 到 6 个顺序，相位依次相差 60176。 ；共阴极的组的 3 个晶闸管脉冲依次相差 120176。 ，共阳极组的 3 个晶闸管脉冲也依次相差 120176。 ；同一相的上下两个桥壁的晶闸管脉冲相差 180176。 每个时刻均需 2 个晶闸管同时导通，形成 向负载供电的回路，一个晶闸管是共阳极组的，一个是共阴极组的，且两个晶闸管不在同一相。 采用双脉冲触发，两个脉冲前沿相差 60176。 ，脉宽一般为 20176。 30176。 当给定某一触发角时，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的相电压与共阳极组中处于通态的晶闸管对应的相电压之差，即为输出整流电压，这样通过改变触发角的大小，就可以改变输出整流电压了。 开环系统的电气原理 由于面向电气原理结构图的仿真方法是以调速系统的电气原理结构图为基础的。 按照系统的结构，需要从 Simulink 和 SimPower System 模块库中找到对 应的模块，按照系统的结构图进行建模。 开环直流调速系统的电气原理图如下 24 图所示。 从图中可以看出，该系统主要由给定环节，脉冲触发器，晶闸管整流桥，平波电抗器，直流电动机组成。 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，通过改变触发器的移相控制信号 Uc 来调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。 华北电力大学本科毕业设计（论文） 7 图 24 开环系统的电气原理结构图 单闭环系统的电气原理 单闭环有静差转速负反馈调速系统的电气原理图如下 图 25： 图 25 单闭环系统电气原理结构图 在电 动机轴上安装一台测速发电机 TG，从而引出与被调量 — 转速成正比的负反馈电压 Un，与转速给定电压 Un*相比较后，得到偏差电压 错误 !未找到引用源。 ，经放大器 A，产生触发装置 GT 的控制电压 Uct，用以控制电动机转速。 只要转速出现偏差，该系统就会自动产生纠正偏差的作用。 转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，该系统可大大减少转速降落。 该系统由给定环节、速度调节器、同步脉冲触发器、平波电抗器、直流电动机、速度反馈环节等部分组成。 华北电力大学本科毕业设计（论文） 8 双闭环系统的电气原理 双闭环直流调速系统工作原理如图 26 所示。 双闭环直 流调速系统的特点是电动机的转速和电流分别由两个独立的调节器控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定。 因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。 当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升。 当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流给定减小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。 当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制 Idm ，实现电动机的加 速，使电动机的启动时间最短，在可逆调速系统中实现电动机的快速制动；在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电动机快速制动。 图 26 双闭环调速系统电气原理结构图 本章小结 本章先介绍了本篇论文采用的仿真软件 — Matlab/Simulink 的主要情况；讨论了直流调速系统的几种调速方法和系统仿真的理论基础；简要介绍了常用的 VM 系统及其工作原理；最后列出了本文仿真的开环、单闭环、双闭环直流调速系统的电气原理，以便 于 下一章节的仿真。 华北电力大学本科毕业设计（论文） 9 3 调速系统的建 模与仿真 开环调速系统的建模与仿真 开环直流调速系统是比较简单的调速系统，一般满足不了工业生产队调速系统的要求，通常需要设置反馈环节，以改善系统的机械性能。 开环建模过程 在 Simulink 仿真中为了简化模型，有利于仿真，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（ simulink 中选取的）直接供电。 触发器连接同步电压，触发器的控制角（ alpha— deg 端）通过了移相控制环节（ shifter），移相控制模块的输入是移相控制信号，输 出是控制角。 移相控制信号在仿真中由常数模块设定。 本次建立的开环直流调速系统的仿真图如下所示： 图 31 直流电动机开环调速系统的仿真图 系统由控制电路建模和主电路建模两部分组成。 系统的建模和参数设定简要叙述如下： （一）主电路的建模和参数设定 开环系统的主电路主要由三相对称交流电压源，晶闸管整流桥，平波电抗器，直流电动机等部分构成。 由于同步脉冲触发器和晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，所以通常作为一个整体来讨论，故将触发 器归于主电路建模。 三相对称交流电压源的建模和参数设定。 从模块组里选取一个交流电压源模块， 为了得到建模需要的三相交流电，可以通过 复制得到 3 个电压源模块，再使三个电压源 的 一端接地。 双击电压源模块 A，可设定参数，如下图 32 所示。 B 相和 C 相的设置不同于 A相 （电源模块可在旁边编辑其名称，这里编辑为 A 相、 B 相、 C 相）。 华北电力大学本科毕业设计（论文） 10 图 32 A 相电源参数设定 A 相的幅值取 220V，初相位设置为 0，频率为 50Hz，其他设定为默认。 B 相和 C 相设定的方法和 A 相相同，注意将初相位分别设定为 120 和 240。 这样就得到了三相对称交流电源。 晶闸管整流桥的建模和参数设定。 从模块组选取“ Universal Bridge”模块，双击打开以设定参数，参数设定如下图 33。 当采用三相整流桥时，桥臂数取 3；电力电子元件选取晶闸管。 如果仿真结果不理想，则要通过仿真实验不断的进行参数优化，最后确定其参数 如图 33 所示。 平波电抗器的建模和参数设定。 从模块组中选取“ Series RLC Branch”模块，双击打开以设置参数。 参数设定要求类型 选择电感 L 就可以得到电抗器。 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。 直流电动机的建模和设定。 从模块组中选取“ DC Machine”模块。 直流电动机的励磁绕组接直流恒定励磁电源；电枢绕组经平波电抗器接晶闸管的输出；电动机经 TL 端口接恒转。