2022年晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、试验目的（1） 熟识晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构；（2） 把握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法；二、试验原理晶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 - 发动机组等组成；在本试验中,整流装置的主电路为三相桥式电路,掌握电路可直接由给定电压 Ug作为触发器的移相掌握电压Uct,转变 Ug 的大小即可转变掌握角 , 从而获得可调直流电压,以满意试验要求；试验系统的组成原理如图 1 所示；图 1 晶闸管直流调速试验系统原理图- 1 - 名师归纳总结 - - - -

2、 - - -第 1 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 三、试验内容（1） 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值 R；（2） 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值 L；（3） 测定直流电动机 - 直流发电机 - 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 TM；（7） 测定晶闸管触发及整流装置特性 U d f U ct；（8） 测定测速发电机特性 U TG f n；四、试验仿真晶体管直流调速试验系统原理图如图1 所示；该系统由

3、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 是采纳面对 电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型；下面介绍各部分的建模 与参数设置过程；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与掌握电路的建模两部分；（1）主电路的建模与参数设置由图 2 可见,开环直流调速系统的主电路由三相对称沟通电压源、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 桥是不行分割的两个环节,通常作为一个组合体来争论,所以将触发器归到主电 路进行建模；三相对称沟通电压源的建模和参数设置；第一从电源模块组中选取一个交 流电压源模块,

4、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” ,然后从元件模块- 2 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - rad/sversuslaA wwIainator Terme T1ut1 O50Constant2mA-ch BranF-achine M C Dource SVoltageC D型 模TLdcF+真 仿 的 统 系 速 调A+流 直 环 开 管 闸 晶LC R eries S2图50stant on C0ct UIn2ut1

5、O a Ub Uc USubsystemg+AB-Cridge niversalB UConstant1c Vb Va V- 3 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 组中选取“Ground” 元件,按图 1 主电路进行连接；为了得到三相对称沟通电压源,其参数设置方法及参数设置如下；双击 A 相沟通电压源图标,打开电压源参数设置对话框,在 A相沟通电源参数设置中,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相沟通电源参数设置方法与A相基本相同,除了将初相位设置成互差12

6、0外,其他参数与 A 相相同；由此可得到三相对称沟通电源；晶闸管整流桥的建模和参数设置；第一从电力电子模块组中选“Universal Bridge” 模块,然后双击模块图标,打开SCR 整流桥参数设置对话框,参数设置如图 4 所示；当采纳三相整流桥时,桥臂数取 3,A、B、C 三相沟通电源接到整流桥输入端,电力电子元件挑选晶闸管；参数设置的原就如下,假如是针对某个详细的变流装置进行参数设置,对话框中的Rs、Cs、RON、L ON、V f 应取该装置中的晶闸管元件的实际值,假如是一般情形,不针对某个详细的变流装置,这些参 数可先取默认值进行仿真；如仿真结果抱负,就可认可这些设置的参数,如仿真 结

7、果不抱负,就通过仿真试验,不断进行参数优化,最终确定其参数；这一参数 设置的原就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- 4 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4 SCR 整流桥参数设置平波电抗器的建模与参数设置；第一从元件模块组中选“Series RLC Branch” 模块,然后打开平波电抗器参数设置的对话框,参数设置如图 5 所示,平波电抗器的电感值是通过仿真试验比较后得到的优化参数；图 5 平波电抗器参数设置- 5 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 13

8、 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直流电动机的建模和参数设置；第一从电动机系统模块组中选取“DC Machine” 模块；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 端口接恒转矩负载,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 Te,通过“ 示波器” 模块观看仿真输出图形；电动机的参数设置步骤如下,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 同；6；参

9、数设置的原就与晶闸管整流桥相图 6 直流电动机参数设置同步脉冲触发器的建模和参数设置；同步脉冲触发器包括同步电源与 6 脉冲触发器两部分； 6 脉冲触发器可从附加库模块组 Extra Library 中的掌握子模- 6 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 块组 Control Blocks 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沟通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 7ab所示；1Uct1+-valpha_deg1Uct In2 Ua Ub

10、UcOut12UaVab2AB+-vBCpulsesUbCAOut1Vbc3Block+-vSynchronizedUc6-Pulse GeneratorVcaSubsystem2In2a同步电源与6 脉冲触发器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,依据图 1 主电路的连接关系,就可建立起主电路的仿真模型,如图所示；图中触发器开关信号为“ 0”时,开放触发器,开关信号为“ 1”时,关闭触发器；（2）掌握电路的建模与参数设置晶闸管直流调速系统的掌握电路只有一个给定环节,它可以从输入模块组中选取 “ Constant ”模块,然后双击该模块图标, 打开参数设

11、置对话框, 将参数设置为50rad/s；实际调速时,给定信号是在肯定范畴内变化的,读者可通过仿真实践,确定给定信号答应的变化范畴；将主电路和掌握电路的仿真模型依据晶闸管的直流调速系统电气原理图的连接关系进行模块连接,即可得到图4.2 系统的仿真参数配置2 所示的晶闸管直流调速系统仿真模型；在 MATLAB 的模型窗口打开 “ Simulation ”菜单,进行 “Configuration Parameters ”设置 , 如图 8 所示；- 7 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 8 仿真参数配置单击“Co

12、nfiguration Parameters ”菜单后,得到仿真参数配置对话框,仿真中所挑选的算法为 ode23s；由于实际系统的多样性,不同系统需要不同的仿真算法,究竟采纳哪一种算法,可通过仿真实践进行比较挑选；仿真 0, “ Stop time 依据实际需要而定；图 9 仿真参数配置对话框及参数配置- 8 - “ Start time 一般设为名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.3 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析当建模与参数配置完成后,即可开头进行仿真；在MATLAB 的模型窗口打开“ Simulati

13、on ”菜单,单击 “ Start ”命令后,系统开头仿真,仿真终止后可输出仿真结果；单击“ 示波器” 命令后,通过“ 示波器” 模块观看仿真输出图形,如图 10所示,其中图 10a、b、c、d分别表示直流电动机的电磁转矩 Te曲线、电枢电流 Ia 曲线、角频率 曲线和角频率 与电枢电流 Ia的关系曲线；a 直流电动机电枢电磁转矩Te 曲线b 直流电动机电枢电流Ia曲线- 9 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - c直流电动机角频率 曲线d 直流电动机角频率 与电枢电流Ia 的关系曲线图 10 晶闸管直流调速系统的

14、输出波形依据图 2 的仿真模型, 系统有两种输出试： 当采纳“ 示波器” 模块观看仿真输出结果时,只要在系统模型图上双击“ 示波器” 图标即可；当采纳“ out1 ”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“ plottout,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- 10 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 出图形,如图 11 所示；图 11 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

15、像,系统的建模与仿真是胜利的；在晶闸管直流调速系统建模和仿真终止之际,对建模和参数设置的一些原就 和方法归纳如下；系统建模时,将其分为主电路和掌握电路两部分分别进行；在进行参数设置时,晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等装置（固 有环节）的参数设置原就如下,假如针对某个详细的装置进行参数设置,就对话 框中的有关参数应取该装置的实际值；假如是不针对某个详细装置的一般情形,可先取这些装置的参数默认值进行仿真；如仿真结果抱负,可认可这些设置的参 数；如仿真结果不抱负, 就通过仿真试验, 不断时行参数优化, 最终确定其参数；图 11 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畴、

16、调剂器的参数和反馈检测环节的反馈系数（闭环系 统中使用） 等可调参数的设置, 其一般方法是通过仿真试验, 不断进行参数优化；- 11 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 详细方法分别设置这些参数的一个较大和一个较小值时行仿真,弄清它们对系统 性能影响的趋势,据此逐步将参数进行优化；仿真时间依据实际需要而定,以能够仿真出完整的波型为前提；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,究竟采纳哪一种算法更好,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

17、比较挑选；上述内同具有一般指导意义,在争论后面各种系统时,遇到类似问题就不再 细述了；五、试验结果5.1 试验结果分析按试验指导书试验步骤得到试验结果如上各图所示；如各参数设置如上所述,且给定信号为 50 时,得到 Te、Ia、 的曲线分别如图 10a、b、c所示； Te的最大值为 957,调剂时间是 1.1,1.1 后基本达到稳固值（约 54）；I a的最大值是580,调剂时间是 1.0,1.0 后基本达到稳固值（约 超调,稳固后值约为 212；5.2 试验的有关参数33）； 的调剂时间是 0.5,没、电路总电阻值 R=Ra+RL+Rn=0.5+0+0.00001=0.50001、电枢回路电

18、感 L 的测定 L=L a+L d=0.01+0.005=0.015H 5.3 试验参数设置由试验知当转变给定信号时,各个波形会相应转变,给定信号越大,Ia、T e最大值越大,稳固后的值也越大； 稳固后的值越小；如当信号为 100 时,Te 的最大值为 969,稳固值约 104；Ia的最大超调是 587,稳固值约 63； 稳固后值约为 203；波形与信号为 50 相像,只是幅值发生变化；- 12 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 13 页精选学习资料 - - - - - - - - - 六、摸索题6.1 同步脉冲触发器的工作原理答：同步触发器将同步变压器降压后的信号

19、经过零比较后得到的同步信号经 A/D转换后送入单片机管脚,形成同步信号；单片机依据同步信号产生触发脉冲,该脉冲经驱动电路放大后由脉冲变压器送晶闸管；同时单片机采集主电路的电压和电流反馈值,依据 PI 调剂将反馈值换算为移相角 ,并由计数器实现 计数时间的对应,使单片机通过对计数时间的掌握来达到掌握移相角；6.2 直流电动机有哪几种调速方案？各有哪些特点？答：调速的方法有三种：转变电源电压 U 调速；特点：可以实现平滑无机调速,但需要附加调压设备；在电枢回路串联电阻 Rs调速；特点：损耗较大,效率较低；当轻载时,电枢电流较小,串联电阻后,转速变化不大,但是设备简洁；调剂励磁回路电阻 Rcf 调速

20、；特点：转变磁通调速时,必需降低负载转矩；七、课程设计心得通过本次课程设计,我进一步熟识了晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构,同时也把握了晶闸管直流调速系统参数及反馈环节的测定方法；在这两个星期的实践学习中, 我对功率电子学的的学问有了较为深化的懂得,发觉“ 理论 +实践” 的方式更有利于对学问的接受； 同时,我也进一步学习了 matlab仿真（ Simulink ）的使用；学习学问是一个过程,应用学问是另一个过程；通过本次课程设计,我熟识到对学问的把握不仅要“ 求是”,仍要“ 创新” ！只有脚踏实地、求真务实,我们才学有所成；只有敏捷变通,大胆创新,我们才能适应不断变化的形势,才能得以飞跃进展；例如本次试验中,我用的是matlab7.0版本,这与 matlab 6.1有所不同；有的同学见 7.0 太高级,以为自己不能把握,便坚决舍弃,重装了 6.1 版本；而我却坚信 7.0 定然可以兼容 6.1,也肯定能够完成6.1 版本的绝大部分任务；带着这份执着,经过查阅有关资料,我最终找到了问题的关键,并且完成了本次课 程设计；而这也说明白做事不能人与亦云,关键时刻仍得信任自己；总之,本次课程设计使我受益匪浅；- 13 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 13 页