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1、实验报告册专业：班级：姓名：学号：课程：电力传动控制系统实验项目名称：开环直流调速系统的仿真实验实验时间：5-135-20同组人：实验报告评分： 一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）：1、实验目的（简述）：1. 掌握开环直流调速系统的原理；2. 掌握利用simulink编程进行仿真的方法。2、实验原理（简述）：直流电动机的转速方程为：从转速方程可以看出，调节电枢供电电压Ua即可实现调速，这种 调速方法的优点是既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械 特性也很硬。开环直流调速系统的电气原理图如图1.1所示。三相品闸管桥式 整流电路经平波电抗器L为直流电动机电枢供电，通
2、过改变触发器移 相控制信号Uc，可以调节品闸管的触发角a从而改变整流电路的输 出电压平均值Ud，实现直流电动机的调速。c图1.1开环直流调系速系统电气原理图开环直流调速系统数据直流电动机额定参数：Un=220V, /n=136A, N=1460r/min,四极， Ra=0.21Q, GD2=22.5Nm2。励磁电压 Uf=220V，励磁电流 /f=1.5A。 三相桥式整流器内阻为Rrec=0.5 Q。平波电抗器Ld=20mHo3、实验步骤：1 .掌握直流电动机调压调速的原理。2. 分析三相桥式整流电路中触发角a与输出直流电压平均值之间的 关系。3. 根据开环直流调速系统电气原理图，编制Simu
3、link实验程序， 上机调试，记录结果。4 .分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。一、实验数据(记录相应的表格或图表)：1、实验数据表格：1)设置模块参数 供电电源电压H +_ 2?010. 5 x 136y _ 142V22.34co&amin 2.34cos30。 电动机参数励磁电阻：R二 W (220/1.5)0 = 146, 7ft励磁电感在恒定磁场控制是可取“ 0”。电枢电阻：Ra =0.21(1电枢电感由下式估算:九=初点二g 1云阳湍杰H =0. 00021 H电枢绕组和励磁绕组互感:因为广 Ln RJiwirt 220 (X 21 X 136.7.A innxr
4、 出/ce - me - V - mtn/r-0. 132V - min/inom砌所以L. E-0.84H电动机转动惯量J = CD2/4g = (22. 5/4x9. 8 )kg m2 =0. 57kg - m2额定负载转矩4二9一55。=叩=9. 55 xO. 132 x 1= 17L 4N - m模型参考数见表1 1表1.2直流电动机开环调速系统模型参数模 块卷数名卷 数三机J电源(Thrve- Phsse 凯urcft)Phae-tO piny*? n电142 + |rt(3)Pfiise Anftie of phase A/dcijjrccs0Frequency/Has50Imwn
5、ruJ CAnncctionYgSou rue rcsifelmice/fl0.001iSource inducliUKe/ll0苴涟电就机（DC M&chine）曜枢电HlR/n0. 21麒枢电感K/H0. 00021励撤也阻X/n146.1励磴电感环/HQ磁筋勺电枢互感虹小(k 4转动做量（蛔itf2）Q. 57平波电筑罪5 indudinc1时电a. 022）设置仿真参数：仿真算法ode15a，仿真时间1.5S，电动机空载启动，启动0.5s后加额定负载TL=171.4N.m2、实验图表：1）直流电动机开环调速系统仿真图如下Co-ntinucua阳 CisplslCl-odtpawergu
6、i图1.32）启动仿真并观察结果:仿真的结果如图1.3所示。其中图1.3.1是整 流器输出端的电压波形（局部），图1.3.2是经平波电抗器后电动机电 枢两端电压波形，该波形较整流器其输出端的电压波形脉动减少了许 多，电压平均值在225V左右，符合设计要求。图1.3.3和图1.3.4是 电动机电枢回路电流和转速变化过程。在全电压直接起动情况下，起 动电流很大，在0.25s左右起动电流下降为零（空载起动），起动过程 结束，这是电动机转速上升到最高值。在起动0.5s后加额定电压负载， 电动机的转速下降，电流增加。图1.3.5是电动机的转矩变化曲线，转 矩曲线与电流曲线成比例。图1.3.6给出了工作过
7、程中电动机的转矩一 转速特性曲线。通过仿真反应了开环品闸管一直流电动机系统的空载 起动和加载时的工作情况。1.3.1Time offset: 101.3.21.3.31.3.40 -20002006008001000400X Axis1.3.6三、实验思考 (完成相应的实验思考题，提出实验的改进方法)：1、三相桥式整流电路中触发角a与输出直流电压平均值U之间的关 d系：U广 FU 2 sin wtd (wt) = -_2 (1 + cos a) = 0.45 U * ；s 以2、开环直流调速系统转速n与转矩T之间的关系: eyUR t n R t=K 一 Ee= WK _电动机在额定磁通下的转
8、矩系数：K = cTT TNn 0-理想空载转速，与电压系数y成正比：n &e3、假设开环直流调速系统允许的最低转速为500r/min，根据所给电动机参数计算开环直流调速系统的静差率5和调速范围D。解：电动机的电动势系数：K = UN-nRe n(v.min/r)N_ 220-136*0.21 =0.1311=1460所以: n = NzN K136*0.210.1311=217.85(r/min)静差率 5 = nN = 217.85*100%=30%n + n 500 + 217.85minN调速范围：_1460*0.3=2.87=217.85*(1 - 0.3)n sD = N n(i-
9、s)N实验项目名称：_转速闭环控制的直流调速系统仿真实验实验时间：5-135-20同组人：实验报告评分： 一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）：1、实验目的（简述）：1. 掌握转速闭环控制的直流调速系统原理；2. 掌握利用simulink编程进行仿真的方法。2、实验原理（简述）：1. 直流电动机的调压调速原理从直流电动机的转速方程可以看出，调节电枢供电电压匕即可实现 调速。2. 品闸管装置整流原理三相品闸管桥式整流电路经平波电抗器L为直流电动机电枢供 电，通过改变触发器移相控制信号久，可以调节品闸管的触发角a， 从而改变整流电路的输出电压平均值Ud，实现直流电动机的调速
10、。3. 负反馈控制原理带转速负反馈的直流调速系统稳态结构图如图2.1所示。系统由 转速比较环节、偏差电压方大环节、电力电子变换器和测速反馈环节 构成。系统在电动机负载增加时，转速下降，转速反馈Un减小，而转 速的偏差 Un将增加，同时放大器输出控制电压Uc增加，Uc的增加 将使得品闸管的触发角a减小，从而增大整流装置的输出电压平均值，(1)为电动机提供更大的电枢电压七，从而增大电动机的电枢电流/a。电 动机的电磁转矩为T = CW，运动方程为：T广哼=票直根据电磁转矩公式和运动方程可知，Ia的增加将使得电磁转矩增 大，从而使得转速升高，补偿了负载增加造成的转速降。图2.1转速反馈速环控制直流调
11、速繇统结态结构图转速闭环控制直流调速系统数据直流电动机额定参数：UN=220V，IN=136A，N=1460r/min，四极，叫=0.21 Q，GD2=22.5Nm2。励磁电压U=220V，励磁电流If=1.5A。三相桥式 整流器内阻为Rrec=0.5Q。平波电抗器Ld=10mH。三相电源：相电压 130V，频率50Hz，转速反馈系数Kn=0.0067，比例放大系数Kp=20 （可 按需要调节），饱和限幅为10。3、实验步骤：1. 建立转速闭环控制直流调速系统的数学模型；2. 编程进行转速闭环控制直流调速系统的仿真。3. 根据转速闭环控制直流调速系统稳态结构图，编制Simulink实验程 序，
12、上机调试，记录结果。4. 分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。一、实验数据（记录相应的表格或图表）：1、实验数据表格：1）带转速负反馈的直流调速系统的稳态特性方程为:& L图2.2:带转速负反馈的有差直流调速系统组成电动机转速降为:式中，k-he. ； k为放大器放大倍数；k为品闸管整流器 放大倍数；c为电动机电动势常数； 为转速反馈系数；R为电枢回 路总电阻。从稳态特性方程可以看到，如果适当增大放大器的放大倍数k， 电动机的转速降n将减小，电动机将有更硬的机械特性，也就是说， 在负载变化时，电动机的转速变换将减小，电动机有更好的保持速度 稳定的性能。如果放大倍数过大，也可能造
13、成系统运行的不稳定。转速负反馈的有差调速系统的仿真模型如图2.4所示。模型在图2.2开环调速系统的基础上增加了转速给定u*（ u*），转速反馈n-feed，放大 nn器Gain和反映放大器输出限幅的饱和特性模块Saturation，饱和限幅模 块的输出时移相触发器的输入u，其中转速反馈直接取自电动机的转 速输出，没有另加测速发电机，取转速反馈系数” l*2）在例1的基础上观察带转速负反馈系统在不同放大器放大倍数是 对转速变化的影响，模型主要参数见表。表2.3转速负反馈有静差直流调速系统模型参数模块磨敏名壕 三析电源(ua.uh.uc)Pefik wplitudV130 F Frequency/
14、Hi50直潦电动祝（DC施加）直流电动机番数同表W平彼电抗器5）电感 inducUnce/Ha Oi 转速反慎系数（小心）alpha0.临7放大器皿招）邸20（按需禀调节）恨和限郦 (Saiuntionl)Upper limiiwlower limit-102、实验图表：1）试验连线图如图2.4所示: RMS.RM31:ont nuoikUnivsin-Ql BriereGeneretcfWu1 FmIUd图2.41）在额定转速u*=10，K =5,10,20时的转速相应曲线K=10如图2.5.1npp所示，随着放大器放大倍数的增加，系统的稳态转速提高，即稳态转 速降减小。图2.5.2所示为k =1。时的电流响应波形，图2.5.2时1/2额定
