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一、工作原理
晶闸管开环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-发电机组等组成。
在本实验中,整流装置的主电路为三相桥式电路,控制电路课直接由给定电压Ug座位触发器的移相控制电压Uct,改变Ug的大小即可改变控制角a,从而获得可调的直流电压,以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1所示。
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图1晶闸管开环直流调速实验控制原理图
1主电路的建模和参数设置
开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机灯部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节,通常作为一个组合体来讨论,所以讲触发器轨道主电路进行建模。
HSimPowerSystems
①三相对称交流电压源的建模与参数设置。首先从电源模块 中选
取一个交流电压源模块,即
ACV□11igeSijijltce
,再用复制的方法得到三相电源的
另外两个电压源模块,并用模块标题名修改方法将模块标签分别改为“A相”、“B相”,“C
EJ-WSimPoweirSystems
相”,然后从连接器模块
如ElectricalSourcesElements
_L
Gro
按图1主电路图进行
连接。
为了得到三相对称交流电压源,其参数设置方法及参数设置如下。
双击A相交流电压源图标,打开电压源参数设置对话框,在A相交流电源参数设置中,幅值取220V,初相位设置成0°,频率为50Hz,其它为默认值,如图2所示,B、C相交流电源设置方法与A相基本相同,除了初相位设置成互差120°外,其它参数与A
相相同。由此可以得到三相对称交流电源。
②晶闸管整流桥的建模和参数设置。首先从电力电子模块组中选取汽
中的引
UniverE&lBridge
,并将模块标签改成“晶闸管整流桥”,然后双击模块图标,打开整
流桥参数设置对话框,参数设置如图3所示。当采用三相整流桥时,桥臂数为3,A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端,电力电子选择晶闸管。参数设置原则如下,如果是针对某个具体的交流装置进行参数设置,对话框中的Rs、Cs、R°nVf应取该装置中晶闸管元件的实际值,若果是一般情况,不针对某个具体的变流装置,这些参数可先取默认值进行仿真。若仿真结果理想,就认可这些设置的参数,若仿真结果不理想,则通过仿真实
验,不断进行参数优化,最后确定其参数。这一参数设置原则对其他环节的参数设置也是
实用的。
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图2A相电源参数设置
图3整流桥参数设置
白…号|SimPowerSystems
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Electri匚韵Sources
③平波电抗器的建模和参数设置。首先从元件模块组
Elemients
中选取
~~\~SeriesRLCRranuh
FiLi
DCMachine
,并将模块标签改为“直流电动机”直流电动机的励磁绕组“F+—F-”
,并将标签改为“平波电抗器”然后打开平波电抗器参数设置
对话框,参数设置如图4所示,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。
④直流电动机的建模和参数设置。首先从电动系统模块汶「V中选取
B-ftlSimP&wer£ystems
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
十I
T DCYultaeeSom_c已
模块,即T ,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la、励磁电流If、电磁转矩Te,通过“示波器”模块观察仿真输出
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5所示。参数设置的原则与晶闸管整流桥相同。
广
号BlockParameters:diankangqi
b刃
1
i—SeriesBLCEransh-.ziask}(link}
IziplezsertsaseriesRLCbranch.
图4平波电抗器参数设置 图5直流电动机参数设置
⑤同步脉冲触发器的建模和参数设置。同步脉冲触发器用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管,同步6脉冲触发器可以给出双脉冲,双脉冲间隔为60°,触发器输出的1〜6号脉冲依次送给三相全控整流桥对应编号的6个晶闸管■同步脉冲触发器包括同步电源和六脉冲触发器两个部分alpha_deg:此端子为脉冲触发角控制信号输入;a,b,c:三相电源的三相线电压输入即Va,Vb,andVc:触发器控制端,输入为“0”时开放触发器,输入大于零时封锁触发器;
Pulses:6脉冲输出信号。
alpha_deg为30度时双6脉冲同步触发器的输入输出信号
6脉冲同步触发器参数设置步骤如下,双击6脉冲同步触发器的图标,打开6脉冲同步
触发器的参数对话框,6脉冲同步触发器的参数设置如图6所示。参数设置的原则与晶闸管
整流桥相同。
幅BlockParametersSynchronized6-PulseCsnerator
—S7E.--6-pulsa£::工隘kJ{link;-
—Pizass
Ussthf5blc-cktaSizetheEttyristc--pulseccnvertei..Thsoutputa ciE (C-13:iE.±,coiii4don
th=五Esozuia-ti-zfcivd!±-sa孔二士g-tnsialcialpha士士free爲af1=itJiaincrin-iiiiEizn-crcsiiaffEcttJi<csouztiitnv-3rt«E:a*.
图66脉冲同步触发器参数设置
丁
CaiLcel
L-h
图7constant参数设置
2控制电路的建模与参数设置
晶闸管直流调速系统的控制电路只有一个给定环节,它可从常用模块组
Fl“ESimulink I~~I
中选取 ,并将模块标签改为“给定信号”然后双击该
模块图标,打开参数设置对话框,参数设置如图7所示。实际调速时,给定信号是在一定范内变化的,可通过仿真时间,确定给定信号允许的变化范围。
3系统的仿真参数设置
在MATLAB的模型窗口打开“Simulation"菜单,单击“Configurationparameters…"菜单后,得到仿真参数对话框,参数设置如图8所示,仿真中所选择的算法为ode23s。由于实际系统的多样性,不同的系统需要采用不同的仿真算法,到底采用哪一种算法,可通过仿真时间进行比较,仿真“Starttime"—般设为0,“Stoptime"根据实际需要而定。
图8仿真参数设置对话框及参数设置
(直流电机才有参数计算)
直流电动机固有参数是以某电动机铭牌标示的电动机数据计算而获得,这些数据是建立电动机模型的基础。已知某直流电动机调速系统(简称系统I),控制系统主回路与直流电动机的主要参数如下。
•电动机:Pnom=150kW;nnom=l000r/min;爲=70皿;只&=0.°5Q。
•主回路:Rd=;Ld=2mH;全控桥式整流m=6。
•负载及电动机转动惯量:GD2=125kg*m2。计算得到此直流电动机的相关参数如下。
—220
100
=/(r*min-1)。
U
电势常数:c=^-
e
n
no
转矩常数:Cm=
Ce
= =*mA。
•电磁时间常数:T』」=2*10-=。
R
GD2R
机电时间常数:Td=
375Cm 375**0.
125*
=。
晶闸管开环直流调速系统的仿真原理图及子系统图分别如图9和图10所示。
FT
Scope3
L日
同步6脉冲触发器
图9晶闸管开环直流调速系统的仿真图
>0
Te
In2
图10子系统仿真图
当建模和参数设置完成后,即可开始开始进行仿真。在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单,单击Sart”命令后,系统开始仿真,仿真结束后可输出仿真结果。单击“示波器”命令后,通过“示波器”模块观察仿真输出图形,如图11所示,其中图11(a)、(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w曲线、直流电机的电流Ia与转速w曲线。