課程設(shè)計---晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　課程名稱 _ 功率電子學(xué) </p><p>　　題目名稱 晶閘管直流調(diào)速的系統(tǒng) </p><p>　　參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定</p><p>　　學(xué)生學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 __ </p><p>　　2011年06月30日</p><p>　　晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和環(huán)節(jié)特性的測定</p>&

3、lt;p><b>　　一、實驗?zāi)康?lt;/b></p><p>　　熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其基本結(jié)構(gòu)。</p><p>　　掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測定方法。</p><p><b>　　二、實驗原理</b></p><p>　　晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝

4、置、平波電抗器、電動機-發(fā)動機組等組成。</p><p>　　在本實驗中，整流裝置擴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(fā)口碑 移相控制電壓Uct，改變Ug的大小即可改變控制角α，從而獲得可調(diào)直流電壓，以滿足實驗要求。實驗系統(tǒng)組成原理如圖1.0所示。</p><p>　　圖1.0 晶閘管直流調(diào)速試驗系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　

5、　三、實驗內(nèi)容</b></p><p>　　測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路總電阻值R。</p><p>　　測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路電感值L。</p><p>　　測定直流電動機-直流發(fā)電機-測速發(fā)電機組的飛輪慣量GD^2。</p><p>　　測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)主電路磁時間常數(shù)Td。</p><p>

6、;　　測定直流電動機電勢常數(shù)Ce和轉(zhuǎn)矩常數(shù)CM。</p><p>　　測定晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)機電時間常數(shù)TM。</p><p>　　測定晶閘管觸發(fā)及整流裝置我Ud=f(Uct)。</p><p>　　測定測速發(fā)電機特性UTG=f(n)。</p><p><b>　　四、實驗仿真</b></p><p&

7、gt;　　晶體管直流調(diào)速實驗系統(tǒng)原理圖如圖A所示。該系統(tǒng)由給定信號、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。圖1.1是采用面向電氣原理圖方法構(gòu)成的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。下面介紹各部分的建模與參數(shù)設(shè)置過程。</p><p>　　圖1.1 晶閘管開環(huán)直流調(diào)速的仿真模型</p><p>　　1.系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置</p><p>　　系

8、統(tǒng)的建模包括主電路的建模與控制電路的建模兩部分。</p><p>　?。?）主電路的建模與參數(shù)設(shè)置</p><p>　　由圖1.1可見，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對稱交流電壓器、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(fā)器與晶閘管三流橋是不可分割的兩個環(huán)節(jié)，通常作為一個組合體來討論，所以將觸發(fā)器歸到主電路來建模。</p><p>　　三相對

9、稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電源模塊組中選取一個交流電壓源模塊，再用復(fù)制的方法得到三相電源的另兩個電壓源模塊，并用模塊標(biāo)題名稱修改方法將模塊標(biāo)簽分別改為“A相”、“B相”、“C相”，然后從連接器模塊組中選取“Ground”元件和“BusBar”元件，按圖1.0主電路進行連接。</p><p>　　為了得到三相對稱交流電壓源，其參數(shù)設(shè)置方法及參數(shù)設(shè)置如下。</p><p>　　雙擊A

10、相交流電壓源圖標(biāo)，打開電壓源參數(shù)設(shè)置對話框，在A相交流電源參數(shù)設(shè)置中，幅值取220V，初相位設(shè)置成0度，頻率為50HZ,其他為默認(rèn)值，如圖2所示。B、C相交流電源參數(shù)設(shè)置方法與A相基本相同，除了將初相位設(shè)置成互差120度外，其他參數(shù)與A相相同。由此可得到三相對稱交流電源。</p><p>　　晶閘管整流橋建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電力電子模塊組中選取“Universal Bridge”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“晶閘管整

11、流橋”，然后雙擊模塊圖標(biāo)，打開SCR整流橋參數(shù)設(shè)置對話框，參數(shù)設(shè)置如圖3所示。當(dāng)采用三相整流橋時，橋臂數(shù)取3，A、B、C三相交流電源接到整流橋輸入端，電力電子元件選擇晶閘管。參數(shù)設(shè)置的原則如下，如果是針對某個具體的變流裝置進行參數(shù)設(shè)置，對話框中的Rs、Cs、Ron、Lon、Vf應(yīng)取該裝置中的晶閘管元件的實際值，如果是一般情況，不針對某個具體的變流裝置，這些參數(shù)可先取默認(rèn)值進行仿真。若仿真結(jié)果理想，就可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù)，若仿真結(jié)果不理想

12、，則通過仿真實驗，不斷進行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。這一參數(shù)設(shè)置的原則對其他環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)置也適用。</p><p>　　圖1.2 A相電源參數(shù)設(shè)置 圖1.3 SCR整流橋參數(shù)設(shè)置</p><p>　　平波電抗器的建模與參數(shù)設(shè)置。首先從元件模塊組中選取“Series RLC Branch”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“平波電抗器”，然后打后平波電抗器參數(shù)設(shè)置的對話框，參數(shù)

13、設(shè)置如圖1.4所示，平波電抗器的電感值是通過仿真之實驗比較后得到的優(yōu)化參數(shù)。</p><p>　　直流電動機建模與參數(shù)設(shè)置。首先從電動機系統(tǒng)模塊組中選取“DC Machine”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“直流電動機”。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(shù)設(shè)置為220V，電樞繞組“A+-A-”經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋的輸出，電動機經(jīng)TL端口接

14、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，直流電動機的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速n。。電樞電流Ia、勵磁電流If、電磁轉(zhuǎn)矩Te，通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形。</p><p>　　電動機的參數(shù)設(shè)置步驟如下，雙擊直流電動村，打開直流電動機圖標(biāo)，打開直流電動機的對數(shù)設(shè)置對話框，直流電動機的參數(shù)設(shè)置如圖5。參數(shù)設(shè)置的原則與晶閘管整流橋相同。</p><p>　　圖1.4 A相電源參數(shù)設(shè)置 圖1.5

15、SCR整流橋參數(shù)設(shè)置</p><p>　　同步脈沖觸發(fā)器的建模與參數(shù)設(shè)置。同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源與6脈沖觸發(fā)器兩部分。6脈沖觸發(fā)器可從附加控制子模塊組獲得。6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。同步電源與6脈沖觸發(fā)器及封裝后的子系統(tǒng)符號如圖(a)(b)。</p><p>　　(a)同步電源與6脈沖觸發(fā)器

16、 (b)封裝后的子系統(tǒng)符號</p><p>　　圖1.6 同步電源與6脈沖觸發(fā)器和封裝后的子系統(tǒng)符號</p><p>　　至此，根據(jù)主電路的連接關(guān)系，則可建立起主電路的仿真模型，如圖2所示。圖中觸發(fā)器開關(guān)信號為“0”時，開放觸發(fā)器，開關(guān)信號為“1”時，關(guān)閉觸發(fā)器。</p><p>　　（2）控制電路的建模與參數(shù)設(shè)置</p><p>　　晶

17、閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路只有一個給定環(huán)節(jié)，它可以從輸入模塊組中選取“Constant”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“給定信號”，然后雙擊該模塊圖標(biāo)，打開參數(shù)設(shè)置對話框，將參數(shù)設(shè)置為50rad/s。實際調(diào)速時，給定信號是在一定范圍內(nèi)變化的，讀者可通過仿實踐，確定給定信號允許的變化范圍。</p><p>　　將主電路和控制電路的仿真模型按照晶閘管的直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖的連接關(guān)系進行模塊連接，即可得到圖1所示的晶閘管直流

18、調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。</p><p>　　2. 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置</p><p>　　在MATLAB的模型窗口打開“Simulation”菜單，進行“Simulation Parameters”設(shè)置。</p><p>　　單擊“Simulation Parameters”菜單后，得到仿真參數(shù)設(shè)置對話框，仿真中所選擇的算法為ode23s。由于實際系統(tǒng)的多樣性，不同系統(tǒng)

19、需要不同的仿真算法，到底采用哪一種算法，可勇冠仿真實踐進行比較選擇。仿真“Start time”一般設(shè)為0,“Stop time”根據(jù)實際需要而定。</p><p>　　3.系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析</p><p>　　當(dāng)建模與參數(shù)設(shè)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“Start”命令后，系統(tǒng)開始仿真，仿真結(jié)束后可輸出仿真

20、結(jié)果。單擊“示波器”命令后，通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形，如下四幅圖所示，其中圖7、圖8、圖9、圖10分別表示直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te曲線、電樞電流Ia曲線、角頻率w曲線和角頻率w與電樞電流Ia的關(guān)系曲線。</p><p>　　圖7 直流電動機電樞電磁轉(zhuǎn)矩Te曲線</p><p>　　圖8 直流電動機電樞電流Ia曲線</p><p>　　圖9 直流電動機

21、角頻率曲w線</p><p>　　圖10 直流電動機角頻率曲w與電樞電流Ia的關(guān)系曲線</p><p>　　根據(jù)圖1.0的仿真模型，系統(tǒng)有兩種輸出試：當(dāng)采用“示波器”觀察仿真輸出結(jié)果時，只要在系統(tǒng)模型圖上雙擊“示波器”圖標(biāo)即可；當(dāng)采用“out1”模塊觀察仿真輸出結(jié)果時，可在MATLAB的命令輸入窗口輸入繪圖“plot(tout,yout)”,</p><p>　　

22、即可得到未經(jīng)編輯的輸出圖形，然后對其輸出圖形進行編輯。最終可得到編輯后的輸出圖形，如圖11所示。</p><p>　　圖11 編輯后的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　圖11顯示的分別是晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的電流曲線和轉(zhuǎn)速曲線?？梢钥闯?，這個結(jié)果和電動機實際運行的結(jié)果相似，系統(tǒng)的建模和仿真是成功的。</p><p>　　在晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)

23、建模和仿真結(jié)束之際，對建模和參數(shù)設(shè)置的一些原則和方法歸納如下。</p><p>　　系統(tǒng)建模時，將其分為主電路和控制電路兩部分分別進行。</p><p>　　在進行參數(shù)設(shè)置時，晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等裝置的參數(shù)設(shè)置原則如下，如果針對某個具體裝置進行參數(shù)設(shè)置，則對話框中的有關(guān)參數(shù)默認(rèn)值應(yīng)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，可先取這些裝置的參數(shù)默認(rèn)值進行仿真。若

24、仿真結(jié)果理想，可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù)；若仿真結(jié)果不理想，則通過仿真實驗，不斷時行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。</p><p>　　給定信號的變化范圍、調(diào)節(jié)器的參數(shù)和反饋檢測環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)等可調(diào)參數(shù)的設(shè)置，其一般方法是勇冠仿真實驗，不斷進行參數(shù)優(yōu)化。具體方法分別設(shè)置這些參數(shù)的一個較大和一個較小值時行仿真，弄清它們對系統(tǒng)性能影響的趨勢，據(jù)此逐步將參數(shù)進行優(yōu)化。</p><p>　　住址時間根據(jù)實際

25、需要而定，以能夠仿真出完整的波型為前提。</p><p>　　由于實際系統(tǒng)的多樣性，沒有一種仿真算法是萬能的。不同的系統(tǒng)需要用不同的仿真算法，到底采用哪一種算法更好，這需要勇冠仿真實踐，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。</p><p><b>　　五、實驗結(jié)果</b></p><p><b>　?。?）實驗結(jié)

26、果分析</b></p><p>　　按實驗指導(dǎo)書試驗步驟得到實驗結(jié)果如上各圖所示。通過仿真示波器可得，若各參數(shù)設(shè)置如上所述，且給定信號為50時，得到Te、Ia、w的曲線分別圖9圖10、圖11所示。Te的最大超調(diào)，即其最大值為610，調(diào)節(jié)時間是0.9，0.9后基本達到穩(wěn)定值（約40）；Ia的最大超調(diào)是370，調(diào)節(jié)時間是0.9，0.9后基本達到穩(wěn)定值（約30）；w的調(diào)節(jié)時間是0.9，沒超調(diào)，穩(wěn)定后值約為1

27、55。</p><p>　?。?）實驗的有關(guān)參數(shù)</p><p>　?、?、電路總電阻值R=Ra+Rl+Rn=0.6+0+0.001=0.601ohms</p><p>　　Ⅱ、電樞回路電感L的測定L=La+Ld=0.012+0.005=0.017H</p><p>　?、?、直流時機-發(fā)電機-測速發(fā)電機組的飛輪慣量GD2=375Tz/dn/dt

28、 =1</p><p><b>　　實驗參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　有實驗知當(dāng)改變給定信號時，各個波形會相應(yīng)改變，給定信號越小，Ia、Te最大值越大，穩(wěn)定后的值越小；w穩(wěn)定后的值越大。如當(dāng)信號為10時，Te的最大超調(diào)，即其最大值為800，穩(wěn)定值約15；Ia的最大超調(diào)是480，穩(wěn)定值約15；w穩(wěn)定后值約為218。波形與信號為50相似，只是幅值發(fā)生變化。<

29、/p><p><b>　　六、思考題</b></p><p>　　直流電動機有哪幾種調(diào)速方案？各有哪些特點？</p><p><b>　　答：</b></p><p><b>　?。?）降壓調(diào)速；</b></p><p>　?。?）電樞回路串電阻調(diào)速；<

30、;/p><p><b>　?。?）弱磁調(diào)速。</b></p><p>　　前兩種調(diào)速方法適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，后一種調(diào)速方法適用于恒功率負(fù)載。降壓調(diào)速可實現(xiàn)無級調(diào)速，機械特性斜率不變，速度穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍較大。串電阻調(diào)速為有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性斜率增大，速度穩(wěn)定性差，受靜差率的限制，調(diào)速范圍很小。弱磁調(diào)速控制方便，能量損耗小，調(diào)速平滑，受最高轉(zhuǎn)速限制，調(diào)速范圍不大

31、。</p><p><b>　　七、課程設(shè)計心得</b></p><p>　　兩周的功率電子學(xué)課程設(shè)計結(jié)束了，作為一名應(yīng)用電子技術(shù)大三的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計是十分有意義。在已度過的兩年半大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種電子設(shè)計？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類

32、似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱了很多次設(shè)計書和指導(dǎo)書。為了讓自己的設(shè)計更加完善，一次次翻閱相關(guān)書籍是十分必要的，同時也是必不可少的。我們做的是課程設(shè)計，而不是藝術(shù)家的設(shè)計。藝術(shù)家可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是學(xué)生，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠只能是構(gòu)想，永遠無法升級為設(shè)計。</p><p>　　另外，課堂上也有部分知識不太清楚