直流電動機開環(huán)調(diào)速課程設(shè)計

1、直流電動機開環(huán)調(diào)速課程設(shè)計重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院專業(yè)課程設(shè)計論文題目直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真專業(yè)電氣工程與自動化姓 名班 級學(xué) 號2011年6 月2 日2008 級電氣工程與自動化專業(yè)課程設(shè)計論文直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真摘 要：直流電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔谩?研究直流電機的控制和調(diào)速方法，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都 具有重要意義。MATLA仿真在科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用，如何利用MATLA仿真出理想的結(jié) 果，關(guān)鍵在于如何準確的選擇 MATLAB勺仿真。本文就簡單的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 的MATLA仿真這個例子，通過對 MATLAB勺仿真，得到不同的仿

2、真結(jié)果。關(guān)鍵詞：直流電動機調(diào)速；開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；MATLAB /SIMULINI仿真；4目錄1. 引言12. 直 流 電 動 機 開 環(huán) 調(diào) 速 系 統(tǒng) 發(fā) 展 13. 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題14. 總結(jié)25. 本課題研究目的及意義26. 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理47. 仿 真 元 件 及 參 數(shù) 設(shè) 68仿真結(jié)129. 仿 真16分析2008 級電氣工程與自動化專業(yè)課程設(shè)計論文1引言電動機作為一種有利工具，在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。而直流電動 機具有很好的啟動，制動性能，所以在一些可控電力拖動場所大部分都采用直 流電動機。隨著科技的進步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機得

3、到 了越來越廣泛的應(yīng)用。直流具有優(yōu)良的調(diào)速特性 ,調(diào)速平滑、方便 ,調(diào)速范圍廣 ; 過載能力大 , 能承受頻繁的沖擊負載 ,可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn) ; 需要能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機的 調(diào)速提出了較高的要求。而在直流電動機中，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用也比較廣泛，其廣泛應(yīng)用于軋 鋼機，金屬切割機床等很多領(lǐng)域的制動控制。直流電動機電樞由三相晶閘管整 流電路經(jīng)平波電抗器L供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號 UC調(diào)節(jié)晶閘管的 控制角，從而改變整流器的輸出電壓實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。2. 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)

4、、傳感器技術(shù)、永 磁材料技術(shù)、自動控制技術(shù)和微機應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的 進步使直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生翻天覆地的變化。其中電機的控制部分已經(jīng)由模擬控 制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng) 和純數(shù)字控制系統(tǒng)，并正向全數(shù)字控制方向快速發(fā)展。電動機的驅(qū)動部分所用 的功率器件亦經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代。目前開關(guān)速度更快、控制更容易的全控型 功率器件MOSFE和IGBT成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的 使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現(xiàn)。3. 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中存在的問題在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無反向反饋，即控制是

5、單方向進行的，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。如果生產(chǎn)機械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。但是，在實際中許多需要無級調(diào)速 的生產(chǎn)機械常常對靜差率提出較嚴格的要求，不能允許很大的靜差率。4. 總結(jié)隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展， 對直流電氣傳動在起制動、 正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應(yīng)等方面都提出了更高的要求，這就要求大量使 用直流調(diào)速系統(tǒng)。因此人們對直流調(diào)速系統(tǒng)的研究將會更深一步。5. 本課題研究目的及意義 直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機。長期以來， 直流電動機一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位

6、。由于它具有良好的線性調(diào)速特性， 簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動機 的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機的速度控制，有著非常重要的意義- 2 -2008 級電氣工程與自動化專業(yè)課程設(shè)計論文- 22 -0-0 &t 口pklr&-e_turdwlag - BJidelThTphJssoured呂吒三二KItlu-phdAD BCG>BlanksvnchsnM-dd dFE.M障 GftnfrtaLorahril4-1 111j3ii1 >+Fpeed圖（1）直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真圖6 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理直流電動機電樞由三相晶閘管

7、整流電路經(jīng)平波電抗器L供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號UC調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實現(xiàn)6路腔浚脈沖在仿真中為了簡化模型，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交流電源，直流電動機勵磁由直流電源直接供電。觸發(fā)器（6-PulseGenerator）的同步電壓連接。觸發(fā)器的控制角（alpha deg端）通過了移 相控制環(huán)節(jié)（shifter ），移相控制模塊的輸入是移相控制信號 Uc （圖2中Uc）， 輸出是控制角，移相控制信號 Uc由常數(shù)模塊設(shè)定。移相特性如圖 3所示。移相特性的數(shù)學(xué)表達式為90 a mina 90UcUc max在本模型中取amin 30 ,

8、Ucm 10V，所以a 90 6Uc。在電動機的 負載轉(zhuǎn)矩輸入端 TL接入了斜坡(Ramp和飽和(Satutration)兩個串聯(lián)模塊，斜坡模塊用于設(shè)置負載轉(zhuǎn)矩上升速度和加載的時刻，飽和模塊用于限制負載轉(zhuǎn) 矩的最大值。例如：已知直流電動機額定參數(shù)為U nom 220V, nom 136A , nnom 1460r/min , 4 級，Ra=0.21, GD2 22.5N 譏勵磁電壓 Uf 220V,勵磁電流f 1.5A。采用三相橋式整流電路，整流器內(nèi)阻Rrec 0.5 。平波電抗器Lp 20mH。仿真該晶閘管-整流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，觀察電動機在全壓 起動和起動后加額定負載時電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩

9、和電流變化。仿真步驟如下：(1) 繪制系統(tǒng)的仿真模型如圖(1)所示。(2) 設(shè)置模塊參數(shù)1)供電電源電壓為U2U nomnom2.34cosmin220 0.5 136V2.34cos30142V2)電動機參數(shù)如下勵磁電阻為Rf Uf/lf 220/1.5146.7勵磁電感在恒定磁場控制時可取 0電樞電阻Ra0.21 ，電樞電感由下式估算，即19.1CU nom2 pn nom I nom19.1 0.4 2202 2 1460 1360.00021H電樞組和勵磁Laf組互感為U nomRa I nom2200.21136、，C eV min/ r0.132V min/r因為nnom14606

10、060KCe0.1321.2622所以LafK /1f 1.26/1.50.84H電動機轉(zhuǎn)動慣量為JGD2/4g22.5/4 9.8kg2m 0.57kg m3）額疋負載轉(zhuǎn)矩為Tl 9.55Ce I nom9.550.132 136Nm 171.4N m7.仿真原件及參數(shù)設(shè)置根據(jù)實驗原理圖在 Matlab軟件環(huán)境下查找器件、連線，接成圖（1）所示的線路圖。（1）具體步驟a、點擊圖標(biāo)，打開Matlab軟件，在工具欄里根據(jù)提示點擊 二-，再點擊matlab help，打開一個對話框，點擊門 里的new model，創(chuàng)建一個文件頭為untitled的新文件。b、點擊工具欄的打開元器件庫查找新的元器件

11、。如果不知在哪里找到 元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入 ENTERS可查找。Fils Edi t IKi g ifeXp g -ua r'C 4»jb L&uuvuk »1 m u 1 1 juiJ-c./ Ccn 1 eluk ynrM ip<il=JS i-i h Kil i rk：ITI田 甲ttJ-鹵由.：£Jjb | 'C OXk"!.=D i qzl L 云< i utI ri i S*fcj L o QlcUp T 乜bl. e 5.1 M dth Opes-0.-3, 9ZS 壬A | M o a

12、l 1 Viiir s-fi l? si-! i otu 厶| ModlVTi die Ut i 1 i t i * 2-| F orX = 血 S"ul>:= 3e-t 4m = 5-| S i. gru-al A. t ti= a. tuixT a wS JlFLdV"L i. ±i 匚S 1 Zkk.211 S £vur 口 0Etli nd. Fuxic 11A«r« s>4h e Bl e elsDSF EXcl 5 4 t.C on.<. i- oX Sy= t. emCTjMA.岳®口n ri

13、-HD1 ei -c IkT c<"Xb>oicD L e &k G-a.ij. go e BX O'C! Ik e a tEmbit dl*d-d- Tht"匸 u 乂 Er»=r <j* t. or ? 1 -a 削Embs dd. «± T-ii8TT. 0&000 Iu i it- ilFcj i jl l ni «>tFe rx Lc：丄卍 T oolbiSMNnl Ji tw 口:rk Bl i3c：k<ljKc advE.e-"i. 1 1 i m e h

14、mdo w = T aa."ce t匡卜+EBEl-rEl+lE14TIP.小翥口 匚 a n t i Piiq. j t f a.D iV屯略L-«E« a>G IJp T T.U 0 eM 4 tK Qp 奇 IT 0 七4 QHLWM cVwr l £"i. c nH i oriModl-Ti Vt ili ti-& =尸口 37 ± ? 托 SJyln事# wiL m 晉S IA t tqr j. biq,x a E.S i cnaX VL&ii'LiS i nlc 氐呂 qwu v 3l旦存-

15、Tl f i n 戸<1 Fbitlg 11 o n 3(2)所用元器件及其參數(shù)設(shè)置a.Syn chro nized6-Pulse Gen erator參數(shù)S Function Block Parameters: Synchronized 6-Puls八SynqihrQniz«d G-pulse EEiimrtQr Gna-slO (link)Use this block to fire the £ thyristors of a. Cruise cainirrt&r. Th.e output ig a vector Qi & pjIwee (Q_l)

16、 iniividlly g卩iKiuwiizRd on thm 6 cofnmu'tition votiTulaiphiifterthe iiutieasiDt iero-tifo55inE5 of the conwnuta.tion voltaEes.FwrmeteiFreQuertcy of srnchronisatioft uoIUes (Hi):5iAFyli width (deEreei):To| loubl pulREOKr1CancelHelpijplrb.三相交流電源c.Con ste nt (信號發(fā)生器)R Block Paiaieters: beVoltte Mea

17、nnemtnt (maskO (link)Ideal voltace neasument.Famet eisOutput si gial : Zcimplezd.U ni versal Bridgele.直流電動機參數(shù)設(shè)置f.Fc nB Function Block Paraaeters: FenXg.直流電源直流電動機的勵磁電源，幅值為220Vh.電感參數(shù)設(shè)置i.示波器參數(shù)設(shè)置j.Discrete Mean valuek.Gain參數(shù)設(shè)置3 Fimctitm Block Parainteis: Gain比CainEkneat-wise 即in (7 = L*u) or matris lain

18、 (7 = J*u 01 7 =fell I 5icn*l 船怙 typM I Pit仙猷吐 dAta. typ出 |tain:MulUplic&t ion： Element-wise l.K. * J9uph Um (-1 for iriheiite 1):-1CancelHeliAjpljL. graph參數(shù)設(shè)置8. 仿真結(jié)果a.整流器輸出電壓B .直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速nC 電動機轉(zhuǎn)矩曲線d 勵磁電流Ife電樞電流laf電動機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線9. 仿真分析仿真的結(jié)果如圖所示。其中圖a所示為整流器輸出端的電壓波形，根據(jù)圖形可 知電壓在150-300V之間波動。圖b直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速n,從圖中可知 在0-0.25S時轉(zhuǎn)速達到最大值再慢慢減小，到1s后趨于穩(wěn)定。圖c所示為電動機 轉(zhuǎn)矩曲線圖。d.勵磁電流If。 圖e電樞電流la起動電