電力拖動(dòng)培訓(xùn)課件

1、電力拖動(dòng)三級(jí)項(xiàng)目姓名：王澤動(dòng) 王麗娟 吳昊 張燕明 崔曉旭課程名稱：電力拖動(dòng)指導(dǎo)教師：趙延治日期：4月前言 為了更好的掌握電力拖動(dòng)相關(guān)的基本理論和技術(shù)技能，提高工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力，同時(shí)加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)，促進(jìn)交流與合作，拓展視野、勇于創(chuàng)新，提高思考與決策水平，形成解決實(shí)際問題的能力和終身學(xué)習(xí)的能力，特此做了以下幾個(gè)題目。2項(xiàng)目名稱 直流電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)仿真1 三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真4 直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真3 直流電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)電阻啟動(dòng)仿真23所用軟件及其模塊簡介 項(xiàng)目采用Matlab軟件及其Simulink模塊。Simulink是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成軟件包。它可以處

2、理線性、非線性系統(tǒng)；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)。Simulink把圖形窗口擴(kuò)展為可以用來編程的圖形界面。在Simulink提供的圖形用戶界面（GUI）上，只要進(jìn)行鼠標(biāo)的簡單拖拉操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。Simulink以方塊圖形式，采用分層結(jié)構(gòu)建立仿真模型。4直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真（1）建立仿真模型 如下圖所示，圖中主要包括直流電動(dòng)機(jī)模塊（DC Machine)、直流電源模塊（DC Voltage Source）、理想開關(guān)模塊（Ideal 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型原理圖5Switch）、開關(guān)模塊（Switch）、增益模塊（Gain）、電阻模塊(RLC branch)、示波器模塊(Scope

3、)等。（2）模塊參數(shù)設(shè)置1）直流電動(dòng)機(jī)模塊。直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置窗口如右圖所示，其中：Preset model-預(yù)設(shè)模型選項(xiàng)，有一些模塊中預(yù)先設(shè)定好參數(shù)的模型可以使用，文本沒有使用預(yù)設(shè)模型，所以選定了No選項(xiàng)；直流電動(dòng)機(jī)模塊參數(shù)設(shè)置圖6直流電動(dòng)機(jī)模塊參數(shù)設(shè)置圖Mechnical input-機(jī)械輸入選項(xiàng)，分為功率輸入（Mechnical power Pm）和轉(zhuǎn)速輸入（Speed w）方式兩種可選，本例選擇了功率輸入方式，也就是轉(zhuǎn)矩形式輸入；Armature resistance and inductance Ra(ohms)La(H)-電樞電阻和電感，用來設(shè)定電樞的電阻值和電感值；Field

4、resistance and inductance Ra(ohms)La(H)-勵(lì)磁繞組電阻和電感，用來設(shè)定電樞的電阻值和電感值；7Field-armature mutual inductance Laf(H)-勵(lì)磁繞組和電樞之間的互感；Total inertia J (kgm2)-電機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Viscous friction coefficient Bm (Nms)-摩擦系數(shù)；Coulomb friction torque Tf (Nm)-庫倫摩擦轉(zhuǎn)矩；Initial speed (rad/s)-初始角速度。2）直流電源模塊。參數(shù)設(shè)置如右圖所示，其中：Amplitude (V)-幅度，設(shè)

5、定直流電源的電壓的幅值；直流電源模塊參數(shù)設(shè)置圖8Measurements-測(cè)量選項(xiàng)，有None（無）和Voltage（電壓）兩個(gè)備選項(xiàng)。3）理想開關(guān)模塊。理想開關(guān)（Ideal Switch）的參數(shù)設(shè)置如右圖所示，其中：Internal resistance Ron (Ohms)-內(nèi)部導(dǎo)通電阻；Initial state (0 for open, 1 for closed)-初始狀態(tài)，0表示斷開，1表示接通；Snubber resistance Rs (Ohms)-吸收電阻；Snubber capacitance Cs (F)-吸收電容；理想開關(guān)模塊參數(shù)設(shè)置圖9Show measurement

6、port-測(cè)量端口顯示控制選項(xiàng)，選定后模塊會(huì)出現(xiàn)一個(gè)標(biāo)記為m的輸出端口，可以用來測(cè)量模塊的電壓電流等參數(shù)。4）定時(shí)器（Timer）模塊的參數(shù)設(shè)置如右圖所示，其中：Time (s)-時(shí)間參數(shù)，表示隨后一項(xiàng)Amplitude（幅度）的值改變時(shí)刻；Amplitude-幅度。圖中參數(shù)的含義為0s時(shí)刻的輸出幅值為0,0.5s時(shí)刻的輸出幅值為1。定時(shí)模塊參數(shù)設(shè)置圖105）開關(guān)模塊。開關(guān)（Switch）的參數(shù)設(shè)置如右圖所示，主標(biāo)簽（Main）中：Criteria for passing first input-輸入判定標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)，有u2 = Threshold、u2 Threshold和u2 = 0三個(gè)選項(xiàng)，

7、分別實(shí)現(xiàn)三種不同功能。Threshold-門限值，其中的數(shù)值為前一項(xiàng)輸入判據(jù)中的值。按照?qǐng)D中參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其含義是當(dāng)輸入u2大于門限值1000時(shí)輸出為1，當(dāng)輸入u2小于或等于門限值1000時(shí)輸出為0.開關(guān)模塊參數(shù)設(shè)置11Enable zero crossing detection-使能過零檢測(cè)；Sample time-采樣時(shí)間，可以設(shè)定仿真模塊的采樣時(shí)間，-1表示繼承輸入的采樣時(shí)間，一般情況下使用默認(rèn)值無需改動(dòng)。數(shù)據(jù)類型標(biāo)簽（Signal attributes）中可以設(shè)定輸入輸出數(shù)據(jù)的類型，在這里使用默認(rèn)值即可。6）常量模塊。常量（Constant）模塊參數(shù)設(shè)定相對(duì)簡單，只要設(shè)定常量即可，這里

8、不再介紹。（3）仿真參數(shù)設(shè)置 設(shè)定仿真時(shí)間為5s。（4）仿真 仿真結(jié)果如下圖所示。圖1給出了直流電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)速電樞電流勵(lì)磁電流電磁轉(zhuǎn)矩的變化。圖2給出了轉(zhuǎn)速對(duì)電樞電流的變化關(guān)系。從仿真結(jié)果的波形中容易看出啟動(dòng)電流沖擊很大，同時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的沖擊也較大，轉(zhuǎn)速能夠在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。12圖1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真結(jié)果轉(zhuǎn)速n/rpm 電樞電流Ia/A 勵(lì)磁電流If/A 電磁轉(zhuǎn)矩Te/Nm時(shí)間 t/s13圖2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)轉(zhuǎn)速-電流關(guān)系仿真結(jié)果電樞電流 Ia/A轉(zhuǎn)速 n/rpm14直流電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)電阻啟動(dòng)仿真（1）建立仿真模型 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串聯(lián)啟動(dòng)電阻的仿真模型原理圖如下

9、圖所示，和直流電機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型相比圖中主要增加了電阻控制子模塊（Motor starter）。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串聯(lián)啟動(dòng)電阻的仿真模型原理圖15 子模塊的建立可以采用從Simulink庫中拖入子系統(tǒng)模塊（Subsystem）的方法。鼠標(biāo)雙擊模塊打開子模塊內(nèi)部原理圖窗口，在該原理圖窗口中按照需要修改其仿真原理圖，例如，增加仿真模塊和輸入、輸出端口等。串聯(lián)啟動(dòng)電阻控制子模塊原理圖如下圖所示。串啟動(dòng)電阻控制子模塊原理圖16 在子模塊的原理圖中主要有階躍信號(hào)模塊（Step）、斷路器模塊（Breaker）阻抗分支（RLC branch）組成。 在子模塊的圖標(biāo)上用鼠標(biāo)右鍵選擇快捷菜單中封裝子模塊命令（Ma

10、sk subsystem），可以對(duì)該子模塊進(jìn)行封裝，出現(xiàn)如下圖的封裝編輯（Mask editor）窗口。 通過編輯窗口中的一些設(shè)定可以對(duì)封裝按照需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，如下圖中圖標(biāo)（Icon）標(biāo)簽中的畫圖命令（Drawing commands）窗口中填入的disp(3 stepnnstarter)命令將在封裝的顯示圖標(biāo)上分三行顯示disp3 step starter字符串。在窗口左側(cè)還有一些圖標(biāo)的控制選項(xiàng)（Icon options）在此不作說明，可根據(jù)需要參照相關(guān)文獻(xiàn)自行學(xué)習(xí)。另外三個(gè)標(biāo)簽，采用默認(rèn)設(shè)置。17封裝編輯器窗口18（2）模塊參數(shù)設(shè)置 仿真模型中大多數(shù)模塊參數(shù)可參照上一節(jié)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，增

11、益模塊是將轉(zhuǎn)速的角速度值（rad/s）轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速值（r/min），參數(shù)設(shè)置為60/(2),開關(guān)門限參數(shù)設(shè)置為1400，使轉(zhuǎn)速上升到1400r/min之后電動(dòng)機(jī)才投入負(fù)載轉(zhuǎn)矩；子模塊中參數(shù)可以參照上一節(jié)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，其中階躍信號(hào)可參照Simulink仿真的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，控制斷路器動(dòng)作時(shí)間分別為2.8s、4.8s和6.8s，三個(gè)串聯(lián)電阻分別為3.66、1.64和0.74。（3）仿真參數(shù)設(shè)置 設(shè)定仿真時(shí)間為10s。（4）進(jìn)行仿真 仿真結(jié)果如下圖所示。圖3給出了直流電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩的變化。圖4給出了轉(zhuǎn)速對(duì)電樞電流的變化關(guān)系。從仿真結(jié)果的波形中可以看出通過設(shè)定合

12、適的串聯(lián)啟動(dòng)電阻的投入時(shí)間，啟動(dòng)電流可以控制在一定的范圍內(nèi)，同時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩也能夠得到有效的降低。轉(zhuǎn)速需要在較長的時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到穩(wěn)定。19轉(zhuǎn)速n/rpm 電樞電流Ia/A 勵(lì)磁電流If/A 電磁轉(zhuǎn)矩Te/Nm圖3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串啟動(dòng)電阻仿真結(jié)果20圖4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)的轉(zhuǎn)速-電流關(guān)系仿真結(jié)果轉(zhuǎn)速 n/rpm電樞電流 Ia/A21直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真（1）建立仿真模型 直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真模型原理圖如下圖所示，和直接啟動(dòng)仿真模型相他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)防真模型原理圖22比主要增加了經(jīng)過封裝的電路改變連接控制模塊（Vary connect）和仿真停止控制部分。仿真停止部分包括邏輯比較模

13、塊（Relation operator）和仿真停止模塊（Stop simulation）。仿真停止控制（Simulation stop control）部分實(shí)現(xiàn)了當(dāng)轉(zhuǎn)速小于零時(shí)將仿真停止的功能，無需等到仿真時(shí)間結(jié)束，這樣是為了使仿真結(jié)果符合實(shí)際（轉(zhuǎn)速不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值）而設(shè)計(jì)的。 電路改變連接控制模塊（Vary connect）的封裝方法如下圖所示。圖中給出的是封裝編輯器窗口參數(shù)（Parameters）設(shè)定標(biāo)簽。其中左邊一列工具按鈕從上到下分別具有插入?yún)?shù)、刪除參數(shù)、上移參數(shù)和下移參數(shù)功能。單擊插入?yún)?shù)按鈕可以采用右側(cè)的參數(shù)對(duì)話框（Dialog parameters）中設(shè)定子模塊的參數(shù)，本例中增加了

14、一個(gè)變量名（Variable）為StpTime的參數(shù),其提示（Prompt）為StopTime字符串，參數(shù)為可編輯（edit）類型（Type）。23封裝編輯器窗口的參數(shù)設(shè)定標(biāo)簽24單擊確定（OK）后即完成了子模塊的封裝，經(jīng)過參數(shù)設(shè)定后的模塊再雙擊該模塊時(shí)會(huì)顯示下圖所示的參數(shù)設(shè)定窗口，將不再能夠進(jìn)入子模塊的原理圖窗口，如果需要進(jìn)入子模塊的原理圖窗口時(shí)，需要在模塊上鼠標(biāo)單擊右鍵選擇查看子系統(tǒng)（Look subsystem）功能。改變電路連接子模塊的參數(shù)設(shè)置圖25 下圖給出了電路改變子模塊原理圖，為了使設(shè)定的參數(shù)可以傳遞給模塊原理圖中相關(guān)模塊，所以需要在子模塊的原理圖中相關(guān)的模塊參數(shù)設(shè)置中使用封裝參數(shù)的變量名稱。電路改變子模塊原理圖26（2）模塊參數(shù)設(shè)置 本例中，為使上圖中的設(shè)定參數(shù)5s傳遞給定時(shí)器模塊（Timer），需要將定時(shí)器2（Timer2）模塊的參數(shù)設(shè)定為如圖所示的值。圖中的參數(shù)Stptime必須和在上圖的封裝標(biāo)簽中設(shè)定的變量名稱一致，才能正確地將子模塊封裝后的參數(shù)設(shè)置傳遞給子模塊中的定時(shí)器模塊。本例參數(shù)的含義定時(shí)器模塊設(shè)置參數(shù)圖27為0s時(shí)定時(shí)器輸出幅度為1，Stptime時(shí)刻定時(shí)器輸出幅度為-1。定時(shí)器模塊1（Timer1）的參數(shù)定時(shí)時(shí)刻設(shè)置為 0 Stptime ，幅度設(shè)置為 -1 1 。（3）仿真參數(shù)設(shè)置 設(shè)置仿真時(shí)間為1